Как из постоянного тока сделать переменный: Страница не найдена — All-Audio.pro

Содержание

Как сделать переменный ток из постоянного

Помощь — Поиск — Пользователи — Календарь. Перейти к полной версии этой страницы на форумах сайта Электрик: Преобразовать постоянный ток в переменный. Цитата frezenok Частота выходного напряжения тебя не волнует?


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать простой высоковольтный преобразователь всего из трёх деталей своими руками.

Переменный ток и постоянный ток: отличие


Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю. Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации :. Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время ось Х , а по вертикали напряжение ось Y.

А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение , мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь. Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:. В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться.

Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости. Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости.

На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:. Рассмотрим первый. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,микроФарад. Цепляем его к диодному мосту по схеме выше. И цепляемся осциллографом:. Смотрим осциллограмму:.

Как вы видите, пульсации все равно остались. Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше. Получаем 0, микрофарад. Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него. А вот собственно и осциллограмма. Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны. Берем наш третий конденсатор. Его емкость микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму. А вот собственно и она. Ну вот. Совсем ведь другое дело! Итак, сделаем небольшие выводы:. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

С этим борются с помощью пассивных фильтров , а также используют интегральные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение. Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение. U Д — действующее напряжение, В.

U max — максимальное напряжение, В. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи.

Ищем подходящие диоды по даташитам техническим описаниям на радиоэлементы. Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:. Читаем в обязательном порядке продолжение этой статьи. Как получить постоянное напряжение из переменного. Оглавление 1 Осциллограмма постоянного напряжения 2 Зависимость пульсаций от емкости конденсатора 3 Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя. Популярные статьи Рабочий стол радиолюбителя Как проверить биполярный транзистор Виды проводов Как проверить конденсатор мультиметром Электрические пассивные фильтры Как измерить ток и напряжение мультиметром?

Как проверить динамик или наушник Твердотельное реле Как проверить диод и светодиод мультиметром Гелевые флюсы Насколько опасен литий-полимерный LiPo аккумулятор Активное и реактивное сопротивление Параллельный колебательный контур Как определить фазу ЛУТ Лазерно-утюжная технология Кварцевый генератор Элемент Пельтье Работа и мощность тока Как купить радиодетали в интернете Химия для электронщика.

Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.


Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

By Gazibalonchik , May 2, in Начинающим. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Конденсаторы Panasonic. Часть 4. Полимеры — номенклатура. Главной конструктивной особенностью таких конденсаторов является полимерный материал, используемый в качестве проводящего слоя.

Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или Как переменный ток сделать постоянным.

Почему автомобильные генераторы вырабатывают переменный ток?

Канал ЭлектроХобби на YouTube. Как известно в обычной электрической сети бытовой имеется переменное напряжение величиной вольт с небольшим отклонением, зависящее от различных факторов. Переменный тип тока достаточно легко поддается преобразованию, то есть при необходимости одну величину переменного напряжения и силы тока можно трансформировать в другую, при этом используется обычно всего одно устройство, называемое трансформатором. Но порой возникает необходимость в наличии именно постоянного типа электрического тока, величиной сетевого напряжения в вольт. В этой статье мы рассмотрим способы, которыми можно сделать преобразование переменного напряжения в постоянное. Для получения постоянного тока из переменного обычно используют полупроводниковые выпрямительные диоды. Они способны пропускать электрический ток только в одном направлении. При попытке подать на них ток в обратном направлении они закрываются и становятся диэлектриками. Переменный ток, как известно из курса физики, представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, которые периодически меняют свое направление. Данный тип тока переменный имеет синусоидальную форму.

Как получить постоянное напряжение из переменного

Переменный ток AC является наиболее эффективным способом доставки электроэнергии. Тем не менее, большинству электронных устройств для функционирования необходим постоянный ток DC. По этой причине преобразователи переменного тока в постоянный являются либо частью их самих или частью их шнуров питания. Если вы создали устройство, которое питается от электрической розетки, необходимо добавить преобразователь переменного тока в постоянный ток.

Полезные советы.

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное или по западной терминологии DC-AC преобразователь. На рис.

Что такое преобразователь напряжения постоянного тока в переменный?

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой ток опасен, современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него. Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе. Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное В Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку.

Канал ЭлектроХобби на YouTube. Вы наверняка слышали, что бывает постоянный и переменный ток. Причём разница между ними существенная. На вход одних устройств подают именно постоянный, на вход других именно переменный, в противном случае техника работать не будет а то и вовсе сгорит.

Не секрет, что эффективность переменного тока гораздо выше в сравнении с постоянным током, это доказано как практически, так и теоретически. Но очень часто случается так, что доступен только постоянный ток, например, бортовая сеть автомобиля, аккумуляторы, солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. В то же время, например, при использовании солнечных батарей, в течение дня солнечная энергия поступает в неравных количествах, вечером или в облачную погоду ее значительно меньше, чем днем в ясную погоду. Для выравнивания напряжения в схеме с солнечной батареей используют аккумуляторы, которые при излишках солнечной активности заряжаются, а при недостаточности солнечного света отдают накопленную за предыдущее время энергию. Или бывает необходимость использования переменного тока, но не со стандартными параметрами. Если при помощи трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение, то частоту переменного тока, увы, с их помощью не изменишь.

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный.

За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры? Откуда берется электричество на борту? Конечно, их вырабатывает генератор и аккумулирует химический накопитель энергии многоразового действия — электрический аккумулятор. Это знают все. Однако во всей этой стройной теории, проверенной практикой, присутствует одно странное звено, не желающее поддаваться логике, — генератор вырабатывает ток переменный, тогда как все механизмы на борту машины потребляют ток постоянный. Это не кажется вам странным? Почему так происходит?

Выберите трансформатор. Трансформатор состоит из двух катушек обмоток , индуктивно связанных между собой. Одна из катушек называется первичной обмоткой. На первичную обмотку поступает ток от источника напряжения розетки.


Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток

 

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения. Преобразователь содержит клеммы постоянного тока, однофазный инвертор и расщепитель фаз, состоящий из трансформатора, содержащего первичную обмотку, выполненную из двух секций с равным числом витков, размещенных в пазах тороидальной внешней обоймы под углом 90° по отношению к друг другу, вторичную трехфазную обмотку, размещенную в пазах сосной внешней, внутренней обоймы и фазосдвигающий конденсатор, включенный в разрыв второй секции первичной обмотки, и клеммы для подключения трехфазной нагрузки. Применение трансформатора, принцип действия которого основан на эффекте кругового вращающегося магнитного поля, позволяет получить на зажимах потребителей трехфазное напряжение повышенного качества.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения.

Известен преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий три симметричных инвертора с самовозбуждением и задающего генератора с шестью выходными обмотками, сигналы которых управляют очередностью переключения транзисторов в инверторах [1]. Данный преобразователь нашел широкое применение в системах электроснабжения из-за простоты схемы, ее высокой унификации, однако ее стоимость сравнительно высока. Кроме того, при увеличении мощности преобразования постоянного тока в схеме могут наблюдаться срывы синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой модели является преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, индуктивно-емкостной расщепитель фаз и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход инвертора соединен с шинами постоянного тока, а выход расщепителя фаз соединен с клеммами для подключения нагрузки [2]. Данный преобразователь нашел широкое применение в устройствах питания потребителей, не предъявляющих высоких требований к качеству напряжения трехфазной системы, однако он может работать только на активно-индуктивную нагрузку с неизменным коэффициентом мощности из-за того, что фазовый сдвиг между напряжениями второй и третьей клемм для подключения трехфазной нагрузки составляет только 90°.

Технический результат полезной модели заключается в повышении качества напряжения трехфазной системы.

Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащим клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток.

Преобразователь содержит клеммы постоянного тока 1, однофазный инвертор 3, расщепитель фаз 2, содержащий трансформатор 2-2, содержащий первичную обмотку 2-3, состоящую из первой секции 2-4 и второй секции 2-5, вторичную трехфазную обмотку 2-6, сердечник 2-7, выполненный в виде полого цилиндра, на внутренней и внешней поверхностях которого размещены внутренняя 2-8 и внешняя 2-7 обоймы, соответственно, с расположенными на них параллельно оси цилиндра пазами. В пазах внешней обоймы 2-7 размещены секции 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3. В пазах сосной внешней, внутренней обойме 2-8 размещена вторичная трехфазная

обмотка 2-6, причем первая секция 2-4 и вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90°; фазосдвигающий конденсатор 2-1 и клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4. Вход однофазного инвертора 3 соединен с клеммами постоянного тока 1, первая секция 2-4 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 непосредственно, а вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 через фазосдвигающий конденсатор 2-1, вторичная трехфазная обмотка 2-6 подключена к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 4. Все элементы схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, при этом числа витков wА1 первой секции 2-4 и wB1 второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 равны и размещены в пространстве под углом 90° по отношению друг к другу на внешней обойме 2-7 подобно расположению обмотки возбуждения и обмотки управления асинхронного управляемого двигателя, а витки фаз вторичной трехфазной обмотки 2-6 размещены в пазах внутренней обоймы 2-8 равномерно подобно обмотке статора трехфазного асинхронного двигателя. Включение фазосдвигающего конденсатора 3 последовательно второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2 обеспечивает сдвиг фаз токов указанных секций на 90°. Равенство чисел витков секций 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3, пространственный сдвиг секций на внешней обойме и фазовый сдвиг токов в секциях первичной обмотки 2-3 являются условиями образования кругового вращающегося магнитного поля в трансформаторе 2-2, создание которого является условием получения системы трехфазных напряжений требуемого качества.

Преобразователь работает следующим образом. При наличии напряжения на шинах постоянного тока 1 оно поступает на вход инвертора 3, где преобразуется в переменное. При появлении указанного напряжения на секциях 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2, по указанным секциям начинают протекать соответствующие токи с фазовым сдвигом 90°, благодаря включению конденсатора 2-1, а их результирующий ток создает в

сердечнике круговое вращающееся магнитное поле. Результирующий магнитный поток, созданный указанным током, пересекает витки вторичной обмотки 2-6 и наводит в ее фазах симметричную трехфазную систему напряжений, поступающих на клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4.

Таким образом, применение трансформатора с двумя цилиндрическими соосными пазовыми обоймами позволяет получить на зажимах трехфазных потребителей напряжение высокого качества.

Источники принятые во внимание

1. Хасаев О.И. Трансформаторные преобразователи напряжения и частоты. М., Наука, 1966, стр.127, рис.83.

2. Моин B.C., Лаптев Н.М. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, стр.159, рис.5.20а.

Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, отличающийся тем, что расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

Работа и приложения преобразователя постоянного тока в переменный

В большинстве мини-электронные проекты преобразование постоянного напряжения в переменное — обычная проблема. В любой схеме мы можем наблюдать это, если спроектируем схему, которая принимает вход переменного тока и дает выход постоянного тока. Но, если мы хотим изменить схему с постоянного на переменный ток, используется схема преобразователя постоянного тока в переменный. Инвертор (преобразователь) часто требуется в цепях, например, где преобразование постоянного тока в переменное невозможно. Таким образом, для преобразования преобразователя постоянного тока в переменный используется схема инвертора.


Конвертер — это силовое электронное устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный. Эти устройства используют коммутационные устройства. Преобразование постоянного тока в переменное может осуществляться между 12 В, 24 В, 48 В в 110 В, 120 В, 220 В, 230 В, 240 В с частотой питания 50 Гц / 60 Гц. Для лучшего понимания этой концепции вот простая схема преобразователя 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока, которая предназначена для преобразования постоянного тока в переменный.


Что такое преобразователь постоянного тока в переменный?

Преобразователи постоянного тока в переменный в основном предназначены для изменения постоянного тока. источник питания к источнику переменного тока. Здесь источник питания постоянного тока сравнительно стабилен, как и источник положительного напряжения, в то время как переменный ток колеблется примерно на уровне 0 В, обычно в синусоидальном или прямоугольном режиме.



Преобразователь постоянного тока в переменный

Общее инверторная технология в электронике используется для преобразования источника напряжения от батареи в сигнал переменного тока. Как правило, они работают от 12 вольт и обычно используются в таких областях, как автомобилестроение, свинцово-кислотные технологии, фотоэлектрические элементы , так далее.


К система катушек трансформатора Переключатель — это простая схема, используемая для инвертора. Типичный трансформатор может быть подключен к входу сигнала постоянного тока через переключатель, чтобы быстро возвращаться обратно. Из-за двунаправленного тока в первичной обмотке трансформатор сигнал переменного тока выводится через вторичные катушки.

Как сделать преобразователь постоянного тока в переменный?

Схема преобразователя постоянного тока в переменный ток с использованием транзисторов показана ниже. Основная функция схемы инвертора — генерировать колебания с заданным постоянным током и подавать их на первичную обмотку трансформатора путем увеличения тока. Это основное напряжение затем повышается до высокого напряжения в зависимости от количества витков в основной и вспомогательной катушках.

Принципиальная схема преобразователя 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока может быть построена с использованием простые транзисторы , и эту схему можно использовать для питания ламп мощностью до 35 Вт, хотя они могут быть разработаны для управления более мощными нагрузками за счет использования большего количества МОП-транзисторы .

Схема преобразователя постоянного тока в переменный с использованием транзисторов

Инвертор, выполненный в этой схеме, может быть прямоугольным, и он работает с такими устройствами, которым не нужна чистая синусоида переменного тока.

Компоненты, необходимые для построения цепи постоянного тока в переменный ток, в основном включают в себя батарею 12 В, транзисторы 2N2222, два полевых МОП-транзистора IRF 630, конденсаторы 2,2 мкФ, два резистора 12 кОм, два резистора на 680 Ом и центр нажат трансформатор (повышающий).

Схема работы

Цепь постоянного тока в переменный ток можно разделить на три части: усилитель, транзистор, осциллятор . Поскольку частота переменного тока составляет 50 Гц, используется генератор на 50 Гц. Это может быть достигнуто путем разработки нестабильного мультивибратора, который генерирует прямоугольный сигнал частотой 50 Гц. Генератор может быть сформирован с использованием резисторы как R1, R2, R3, R4, конденсаторы такие как C1, и C2, и транзисторы, такие как T2 и T3.

Каждый транзистор генерирует прямоугольные волны (инвертирующие), а частота определяется номиналами резистора и конденсатора. Частотная формула для генерируемой прямоугольной волны с нестабильный мультивибратор равно F = 1 / (1,38 * R2 * C1)

Инвертирующие сигналы генератора улучшаются с помощью двух силовых полевых МОП-транзисторов, таких как T1 и T4, и эти сигналы передаются на повышающий трансформатор через его центральный отвод, связанный с напряжением 12 В постоянного тока.

Ограничения преобразователя постоянного тока в переменный

Ограничения преобразователя постоянного тока в переменный включают следующее.

  • Использование транзисторов может снизить КПД схемы.
  • Использование переключающих транзисторов может вызвать перекрестные искажения в сигнале o / p. Но этот предел можно снизить до некоторого уровня, используя смещающие диоды.

Приложения для преобразования постоянного тока в переменный

Применения схемы преобразователя постоянного тока в переменный включают следующее.

  • Преобразователи постоянного тока в переменный используются в автомобиле для зарядки аккумуляторов.
  • Эти схемы в основном используются для управления маломощными Двигатели переменного тока и используется в солнечной энергетической системе.

Таким образом, речь идет о преобразователе постоянного тока в переменный. Их можно использовать в линиях передачи постоянного тока для передачи мощности нагрузкам. В источники бесперебойного питания , их можно использовать для преобразования постоянного тока в переменный. Конвертеры могут использоваться в отраслях, где единообразие является проблемой.

Почему мы требуем перехода с постоянного тока на переменный ток?

Большинство автомобилей питаются от аккумуляторной батареи 12 В. Но в некоторых случаях можно использовать аккумулятор на 24 В. Очень важно знать, что напряжение транспортного средства, поскольку номинальное напряжение выбранного инвертора должно равняться напряжению аккумулятора.

В любом слючае, батарея дает постоянный ток, что означает, что ток будет непрерывным от отрицательной клеммы аккумулятора к положительной клемме. В постоянном токе ток будет только в одном направлении. Постоянный ток чрезвычайно полезен, однако батареи обычно могут обеспечивать немного постоянного тока с низким напряжением. Некоторым устройствам для правильной работы требуется дополнительная мощность, чем может предложить DC.

Таким образом, это все о Преобразователь постоянного тока в переменный , как преобразовать постоянный ток в переменный. Преобразователь увеличивает постоянное напряжение, чтобы преобразовать его в переменный, прежде чем передавать его для подачи тока на устройство. В первую очередь они предназначались для обратного преобразование переменного тока в постоянный . Поскольку в основном эти преобразователи могут работать в противоположном направлении для достижения обратного эффекта, это называется инверторами.

Напряжение преобразование постоянного в переменное


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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

    В основу прибора положена обычная компенсационная схема измерения с преобразованием постоянного напряжения разбаланса в переменное с помощью вибропреобразователя. Применяемый в дан- [c.260]

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


Переменный ток в постоянный без трансформатора. Как это работает?

Подозреваемая схема:

Схема, вероятно, в соответствии с Энди Ака, но из фотографии, он не имеет серии R1 высокого напряжения R, стабилитрон, предохранитель и, возможно, не выходной колпачок C2 (который МОЖЕТ быть с батареей).

Это «универсальный» индикатор, так как номинальная мощность 400 В может почти выжить при 230 В переменного тока, но при использовании 230 В переменного тока батарея будет кипеть в два раза быстрее.

Отсутствующий R1 должен был обеспечить некоторое падение напряжения, но, что более важно, обеспечить некоторую защиту от перенапряжения. Если при отключении от сети имеются незащищенные контакты штепсельной вилки, прикосновение к ним обоим даст вам прямой доступ к 20-милиджоулям, которые могут храниться в конденсаторе. Недостаточно для использования в качестве дефибриллятора, но достаточно для того, чтобы вы никогда больше не прикасались к ним добровольно при зарядке [спросите меня, откуда я знаю :-)]. Маловероятно, чтобы убить одним ударом крышки. Мог. Мышечный спазм или непроизвольное движение руки от удара может привести к тому, что ваша рука столкнется с близкими объектами на скорости и с силой.

Диоды, кажется, 1N4007, поэтому они сделали что-то правильно :-).

Отсутствующий предохранитель предназначен для того, чтобы помочь в случае, если кепка не соответствует номинальному напряжению сети переменного тока, как вы ожидали, и не соответствует короткому замыканию или некоторому его приближению. Диоды IN4007, вероятно, сделают OKish Standins.

Резистор 330 Ом, вероятно, используется для питания светодиода включения.

Аккумулятор (видимо) используется в качестве фиксатора напряжения.
Если это батарея 6В, то

яL ED≈ ≈ = Vб а т- VL EDрL ED= 6,5 — 2330= ≈ 14 мяLЕD≈≈ =ВбaT-ВLЕDрLЕDзнак равно6,5-2330= ≈14мA

что нормально.

Конденсатор (обозначен как) 1,5 мкФ (155 = 15000000 = 1 500 000 НФ).
Это «большой».
Ток от сети 110 В составляет около 100 мА.

яL ED≈ = 110 × 1,4142 π× 2 фС≈ = 100 мE & OEяLЕD≈ =110×1,4142π×2еС≈ =100мAE & OE

Примерно вдвое больше при 230 В переменного тока. 2f используется в качестве заряда конденсатора в половинном цикле, а затем переворачивается в другом направлении в следующем полупериоде.

Подозреваемый зарядное устройство:

Емкость аккумулятора неизвестна, но по фотографии я сомневаюсь, что она превышает 500 мАч.
Если батарея емкостью 500 мАч, она будет заряжаться со скоростью около C / 5, а если оставить зарядку на ночь, она будет хорошо кипятиться задолго до утра, ЕСЛИ БЕЗ наличия верхней ступени регулятора.

Если аккумуляторная батарея 6 В, то не исключено, что к батарее последовательно подключены два белых светодиода без последовательных резисторов. Это делает жизнь светодиодов более захватывающей, но работает лучше, чем они имеют на это право.

Подозреваемый конденсатор:

Конденсатор имеет номинальное значение 400 В постоянного тока.
CL21 означает металлизированный полиэстер.
Это МОЖЕТ быть изготовителем, рассчитанным как конденсатор Y2 или X1Y @, каким он должен быть в этом приложении, но на самом деле это удача, даже если он претендует на то, чтобы быть оцененным должным образом в этом типе оборудования. Взгляд на «Alibaba» показывает множество визуально похожих заглавных букв (которые не следует путать с «электрически подобными», и НЕКОТОРЫЕ из них претендуют на рейтинг X1Y2, но большинство нет. См. Несколько ссылок в конце для интереса.


Уроки:

Из таких устройств можно извлечь некоторые интересные уроки.
Он зажигает светодиоды, заряжает аккумуляторы и выходит за дверь по хорошей низкой цене.
Это, вероятно, не убьет никого.
Что не нравится?
🙁


Alibaba — MPE 1,5 мкФ, 400 В или аналогичный:

http://www.alibaba.com/product-detail/CBB-film-capacitor-1-5uF-400V_1344932478.html
Нет рейтинга X или упоминание о AC
Нет рейтинга X или упоминание о AC No X рейтинг или упоминание о AC
No X рейтинг или упоминание AC — спецификации.
Нет рейтинга Х — упоминание AC без квалификации в мелком шрифте
«реальный» пример
и многое другое.

ВНИМАНИЕ: ВСЕ части этой цепи и оборудование, питаемое от нее, должны всегда иметь потенциал сети переменного тока при подключении к сети переменного тока. В этом случае двухпозиционный выключатель и любые металлические детали представляют опасность поражения электрическим током.

Как преобразовать постоянный ток в переменный | Electrotechnical Laboratory

Сегодня я хочу ответить на вопрос одного из моих подписчиков. Как преобразовать постоянный ток переменный?

Когда мы преобразовываем из переменного в постоянный мы используем выпрямитель, Для преобразования постоянного тока в переменный применяют специальные электронные силовые устройства, называемые инверторами. Чаще всего инвертор преобразует постоянное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины.

Таким образом, инвертор — это генератор периодически изменяющегося напряжения, при этом форма напряжения может быть синусоидальной, приближенной к синусоидальной или импульсной. Инверторы применяют как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе систем бесперебойного электроснабжения (UPS).

Коротко я расскажу принцип работы полупроводникового инвертора на примере этой схемы где в качестве ключей стоят полевые транзисторы которые правляются широтноимпульсным модулятором

Примерная схема полупроводникового инвертора

Примерная схема полупроводникового инвертора

Как правило широтно-импульсная модуляция (ШИМ) дает сигналы прямоугольной формы, или другими словами это называется, меандр.  Транзисторы работают в паре. Первый полупериод 1 и 4 транзистор. Второй полупериод 2 и 3.

Схема протекания тока в первый полупериод

Схема протекания тока в первый полупериод

Схема протекания тока во второй полупериод

Схема протекания тока во второй полупериод

Дело в том, что прямоугольный импульс имеет высшие гармонические составляющие частот, что не подходит для большинства потребительских нагрузок, поэтому бытовые инверторы имеют на выходе фильтр высоких гармони. Основная задача этих фильтров, привести сигнал напряжения, как можно ближе к синусоиде. Это достигается правильной работой ШИМ модулятора, которая при управлении транзисторами, один из них постоянно открыт на полупериоде, а второй регулирует напряжение на нагрузке, за счет скважности импульса и емкостного и индуктивного накопителя электрической энергии. Чистая синусоида, содержит только одну гармонику, первую, которая чаще всего нужна. Сейчас найти и купить хороший инвертор не составляет труда.

Схема работы каждого из транзисторов на схеме

Схема работы каждого из транзисторов на схеме

Осциллограмма протекания тока через транзисторы

Осциллограмма протекания тока через транзисторы

Схема протекания тока в каждый период с учетом фильтров

Схема протекания тока в каждый период с учетом фильтров

Работа одного из транзистора в схеме.

Работа одного из транзистора в схеме.

Если Вам интересен такой материал, Вы можете подписаться на мой канал, если у Вас есть какие вопросы, задавайте в комментариях, я постараюсь ответить всем, если Вам всё понравилось, то поставьте этой статье лайк.

Всем спасибо за то что дочитали эту статью до конца.

что это такое, чем отличается от постоянного, где используется

Используемое человеком электричество имеет два рода происхождения: постоянный и переменный. Чем отличается переменный ток от постоянного, нельзя ли использовать только один род? Эти и другие вопросы будут рассмотрены ниже, а начнем с понятия, что такое ток?

Как образуется переменный ток

Чтобы заряды перемещались по проводнику, а это и есть сила тока, необходимо иметь источник питания. Этот источник создает электродвижущую силу, заставляющую перемещаться заряды. В постоянных источниках это могут быть химические, механические и другие способы получения этой силы. Для промышленного переменного источника используется в основном механический способ.

Чтобы понять этот способ представим себе металлическую проволоку, согнутую в виде рамки. После чего внесем ее в подковообразный магнит. Под действием магнитного поля свободные электроны переместятся в один из концов рамки. Если ее развернуть на 180о, то магнитное поле переместит электроны в другой конец рамки. В тот момент, когда рамка вращалась, перемещались заряды, создавая ток.

Если рамка будет вращаться с определенной скоростью, то в ней будут перемещаться и заряженные частицы. Если отобразить перемещение электронов по рамке графически, то получим синусоиду. Она покажет, как напряжение возрастает при приближении рамки к магниту и убывает при удалении ее от магнита. Конечно, обычным вольтметром вряд ли удастся обнаружить такое напряжение, но если рамка будет состоять из множества витков провода, то напряжение поднимется.

На электростанциях происходит принципиально то же самое. Большие катушки вращаются внутри постоянных магнитов либо магниты вращаются вокруг катушек, что на принцип действия не оказывает никакого влияния. Так получают переменное напряжение, которое, в отличие от постоянного, меняет свое направление или силу.

История открытия переменного напряжения

Постоянный ток известен давно, но серьезное отношение к нему проявил Георг Симон Ом – немецкий физик. Закон, названный в его честь, был открыт в 1826 году. Его начинания подхватил Томас Алва Эдисон, американский предприниматель и изобретатель.

В 1884 году к Эдисону устроился ученый, изобретатель, инженер, физик Никола Тесла. Его занимала мысль сделать электродвигатель с вращающимся магнитным полем. Сегодня такой двигатель называется асинхронным. Работая у Эдисона, молодой изобретатель усовершенствовал электродвигатели своего работодателя, но вместо ожидаемой награды получил лишь насмешку.

Уйдя от Эдисона, Тесла какое-то время был без денег, пока наконец не познакомился с нужными людьми. Дальнейшая жизнь прошла в воплощении некоторых своих мечтаний и постоянной борьбе со сторонниками постоянного тока в лице Томаса Эдисона. Эта борьба продолжалась даже после смерти участников и закончилась в 2007 году полной победой переменного тока над постоянным.

Почему переменный ток используется чаще постоянного?

Если ответить коротко на этот вопрос, то все дело в его многофункциональности. Что можно делать с переменным напряжением, вот несколько направлений:

  • подвергать трансформации;
  • менять частоту;
  • получать многофазные цепи;
  • в некоторых областях дает лучшие характеристики.

Одно из главных преимуществ – возможность трансформации. Правда, постоянное напряжение можно также менять с помощью делителя напряжения или умножителя, но это будет одна электрическая цепь. Для гальванической развязки нужен трансформатор, в котором используется две и более независимых цепей.

Кроме того, трансформатор намного проще умножителей напряжения и позволяет значительно увеличивать напряжение. Почему так важно повышать напряженность цепи? Дело в том, что по закону Ома, чем выше напряжение, тем меньше потери при передаче, а это дает возможность передавать электроэнергию на большие расстояния.

Все радиоустройства для передачи сигнала без проводов используют переменную составляющую, называемую промежуточной частотой. Набор частот позволяет использовать множество радиоустройств, которые не мешают друг другу. Длинноволновые сигналы способны распространяться на большие расстояния, огибая Землю. Ультракороткие частоты, напротив, распространяются по прямой, позволяя создавать радиотелескопы для изучения космоса, недр Земли, океана.

При использовании синусоидального тока возникает возможность увеличивать мощность передачи к электропотребителям. Достигается это увеличением числа фаз. Мощность однофазного и трехфазного двигателя будет значительно отличаться при одних и тех же габаритах. А передача большей мощности будет достигнута в трехфазной сети при одинаковом сечении проводов.

Чтобы выпрямить переменный ток, достаточно использовать несложное устройство, называемое выпрямитель, а вот из постоянного сделать переменный синусоидальный с помощью радиодеталей будет несколько хлопотно. До сравнительно недавнего времени для освещения использовались лампы накаливания. Использование постоянного и переменного тока дают разные результаты цветопередачи, белый свет дают лампы переменного тока. Правда, современные лампы, работающие на фотодиодах, используют постоянную составляющую, но по мощности они еще не достигли своих собратьев.

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Когда Никола Тесла ушел от Томаса Эдисона, последний устроил информационную атаку против изобретений Николы Тесла, уверяя, что переменный ток опасен для жизни человека. На самом деле все дело в величине напряжения, которое подавалось на испытуемых животных. Тесла для опровержения такого утверждения пропускал через себя ток высокой частоты. И это действительно так. Чем выше частота, тем меньше заряд проходит через внутренности человека, скапливаясь на его коже.

Что касается эффективности, то разница работы ламп накаливания говорит сама за себя. Их мощность и цветовая передача была лучше у Николы, чем у Томаса. Поэтому у Николы появлялось все больше заказчиков для освещения различных объектов. Кроме того, передача сигнала по воздуху могла осуществляться только с переменной волной, что, конечно же, невозможно для постоянного тока. Но как распространяются радиоволны?

Через эфир

Еще в XVII веке Рене Декарт выдвинул гипотезу о существовании эфира. Непонимание того, как передается свет в вакууме, подтолкнуло к такому предположению. Поэтому стали считать, что в любом пространстве существует некая физическая среда, обладающая способностью проводить через себя различные волны.

Однако разработка теории относительности сделала этот термин ненужным. Кроме того, сам факт того, что эфир, как он понимался раньше, не имеет смысла, привело к устранению из употребления. Например, теория эфира противоречила закону распространения волн в газах и жидкостях. Само понимание природы света также опровергло такую гипотезу.

Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна

Еще одним сторонником, причем сам того не подозревая, стал Генрих Рудольф Герц. В 28 лет, став профессором физики, он начал проводить опыты по передаче радиоволн на расстоянии. В его распоряжении были лишь примитивные элементы оборудования: гальванические элементы, катушки, электроды с латунными шариками и всевозможные пластины и сферы из цинка, выполнявшие роль конденсатора.

Подключив пластины параллельно катушке, он получил колебательный контур, в котором длина волны менялась за счет перемещения пластин вдоль катушки или изменения расстояния между пластинами. Этот контур подключался к источнику питания. Другая катушка располагалась в непосредственной близости от первой. Таким образом, получился повышающий трансформатор, увеличивавший выходящее напряжение.

Концы второй катушки он подсоединял к двум электродам с шариками на концах. Высокое напряжение, получаемое в результате трансформации, подавалось на шарики, и между ними происходил разряд в виде большого искрового разряда. Так был построен передатчик радиоволн.

На расстоянии нескольких метров он установил приемник в виде разомкнутого кольца или рамки. На их концах также были закреплены шарики. Прием проверялся разрядом между шарами, что доказывало возможность передачи сигнала на расстояние по воздуху. Свое устройство он назвал вибратор Герца. С тех пор 1888 год стал считаться годом открытия электромагнитных волн.

Генрих также предполагал существование эфира, с помощью которого осуществлялась передача, однако позднее Хендрик Лоренц доказал несостоятельность такой гипотезы. Тем не менее разработки резонансного контура, доказательства существования электромагнитных волн и другие исследования прочно обосновались в современной радиотехнике. Также в его честь была названа единица, измеряющая частоту.

Где используется переменное напряжение

О наличии переменного тока говорят такие знаки ~ или ≈, а также буквы AC. Такое обозначение можно найти на многих электроприборах, например, индукционных плитах. В них используется мощное электромагнитное поле, разогревающее дно металлической посуды. Эти же волны, но более мощные, используются в до́менных печах, которые установлены в огромные катушки. Также применяются катушки меньшего размера в сталепрокатных или прессовочных цехах. Они позволяют очень быстро разогревать металл, причем действуют точечно, что приносит хорошую экономию электроэнергии.

Обозначаться знаком переменности могут электрические котлы, водонагреватели, холодильники, утюги и множество других бытовых приборов. Двигатели синхронные и асинхронные, одно-, двух- и трехфазные находятся на различных предприятиях и в домах. Но без чего нельзя представить современного человека, так это мобильный телефон и интернет.

Передача информации

Осуществление передачи информации происходит практически таким же образом, как это было еще и более ста лет назад. Правда, технология ушла далеко, но принцип остался тот же. С помощью колебательного контура вырабатывается так называемая несущая частота, а на нее накладывается сигнал. Чтобы расшифровать полученный такой сигнал, используют декодер. Обычно используются высокие частоты, которые передаются по прямой линии.

Этот же метод связи применяется для связи с самолетами и спутниками. Спутники могут служить в качестве промежуточного звена, принимая сигнал из одной точки земного шара и передавая в другую.

Электрификация железных дорог на переменном напряжении

Железные дороги также не остались в стороне. Тепловозы постепенно меняют на электровозы. По способу получения питания они разделяются на следующие типы:

  • аккумуляторные;
  • контактно-аккумуляторные;
  • бесконтактные.

В основном для грузоперевозок и пассажиров используют контактную сеть постоянного или переменного тока. Если используется переменный вид, то делают однофазную сеть, так как трехфазную сложно создавать. Интерес представляет бесконтактная передача. Вдоль путей прокладывают шину и на нее подают ток высокой частоты. Создаваемый магнитный поток улавливается приемником электровоза и передается на электродвигатели.

Хотя поначалу и шла война между сторонниками постоянного и переменного тока, современная жизнь показала, что человеку или, вернее, электрооборудованию, используемому человеком, нужен и тот и другой род.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как инверторы преобразуют постоянный ток в переменный?

Одно из самых значительных сражений 19 века велось не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества который питает наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии мощность, чем переменный ток (AC), система, поддерживаемая его заклятый соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон испробовал все виды изощренные способы убедить людей, что переменный ток слишком опасен, от убить слона электрическим током, чтобы (довольно хитро) поддержать использование AC на электрическом стуле за вынесение смертного приговора. Несмотря на это, Система Теслы победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе. власть с тех пор.

Единственная проблема в том, что многие из наших приборов предназначены для работы с переменным током, небольшие электрогенераторы часто производят постоянный ток. Тот означает, что если вы хотите запустить что-то вроде устройства с питанием от переменного тока от Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое будет преобразовывать Преобразователь постоянного тока в переменный — так называемый инвертор.Давайте поближе посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: подборка электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например солнечными батареями и микроветряными турбинами. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерство энергетики США/NREL (DoE/NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естественных наук объясняют нам основную идею электричества как поток электронов обычно говорят о прямом ток (постоянный).Мы узнаем, что электроны работают как линия муравьев, марширующих вместе с пакетами электрической энергии в одном и том же как муравьи переносят листья. Это достаточно хорошая аналогия для что-то вроде обычного фонарика, где у нас есть схема ( непрерывная электрическая петля), соединяющая батарею, лампу и выключатель и электрическая энергия систематически передается от батареи к лампу, пока вся энергия батареи не будет исчерпана.

В более крупных бытовых приборах электричество работает по-другому.Источник питания, поступающий от розетки в вашей стене, основан на переменный ток (AC), где электричество переключается направлении примерно 50–60 раз в секунду (другими словами, при частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет! Если электроны, выходящие из розетки, получают, скажем, несколько миллиметров вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться опять же, как они вообще добираются до лампы на вашем столе, чтобы сделать это загораться?

Ответ на самом деле очень прост.Представьте себе кабели бегущий между лампой и стеной, набитой электронами. Когда Вы щелкаете выключателем, все электроны заполняют кабель вибрировать взад-вперед в нити накала лампы — и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и делает свечение лампочки. Электроны не обязательно должны бегать по кругу, чтобы переносить энергию: в АС они просто «бегут на месте».

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой ток немного похож на движение от одной стороны к другой по прямой линии; переменный ток похож на движение вперед и назад по место. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

Что такое инвертор?

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, босса компании «Вестингауз Электрик Компани») заключается в том, что Большинство приборов, которые есть в наших домах, специально разработаны для работы от сети переменного тока. Приборы, которые нуждаются в постоянном токе, но должны потреблять энергию от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем, обычно строятся из электронных компонентов, называемых диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко понять суть того, как это работает. Предположим, у вас есть батарея в фонарик и переключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи, всегда в одном направлении, как гоночный автомобиль на трассе. Что теперь если вынуть батарею и перевернуть. Предполагая, что это соответствует в противном случае он почти наверняка по-прежнему будет питать фонарик, и вы не заметите никакой разницы в свете, который вы получаете, но электрический ток на самом деле будет течь в противоположном направлении.Предположим, вы имели молниеносные руки и были достаточно ловки, чтобы продолжать батареи 50-60 раз в секунду. Тогда вы были бы своего рода механическим инвертор, превращающий постоянный ток батареи в переменный с частотой 50–60 герц.

Фото: Типичный электроинвертор. Этот сделан Xantrex/Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (DoE/NREL).

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не совсем работают. таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные переключатели, которые включаются и выключаются на высокой скорости, чтобы изменить направление тока направление.Подобные инверторы часто производят то, что известно как прямоугольный выходной сигнал: ток течет либо в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Такие внезапные перепады напряжения весьма опасны для некоторых видов электрооборудования. В обычном источнике переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для получения такого плавно изменяющегося выходного переменного тока от вход постоянного тока.В них используются электронные компоненты, называемые катушками индуктивности и конденсаторы для постепенного увеличения и уменьшения выходного тока чем резкое включение/выключение выходного прямоугольного сигнала, который вы получаете с базовый инвертор.

Инверторы также можно использовать с трансформаторами для изменения Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока (либо выше, либо ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше чем входная мощность: из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут отдать больше энергии, чем потребляют в и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла, когда электричество течет через различные электрические и электронные компоненты.В На практике КПД инвертора часто превышает 90 процентов, хотя базовая физика говорит нам, что некоторая энергия — пусть даже небольшая — всегда куда-то пропало!

Как работает инвертор?

Мы только что сделали очень общий обзор инверторов, а теперь давайте еще раз кратко рассмотрим его. немного подробнее.

Представьте, что вы батарея постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас произвести AC вместо этого. Как бы вы это сделали? Если все ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока, очень быстро, давал бы импульсы постоянного тока, что хотя бы половину работы.Чтобы сделать правильный переменный ток, вам понадобится переключатель, который позволил полностью реверсировать ток и сделать это примерно на 50‐60 раз каждую секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую свои контакты туда и обратно более 3000 раз в минуту. Вот какая аккуратная работа пальцами вам понадобится!

По сути, старомодный механический инвертор сводится к коммутационному блоку подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили нашу статья о трансформаторах, вы знаете, что они электромагнитные устройства, преобразующие переменный ток низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения или наоборот, с помощью двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанных вокруг общего железного ядра.В механическом инверторе либо электродвигатель или какой-либо другой автоматический механизм переключения, переключающий входящий постоянный ток туда и обратно в первичном, просто перевернув контакты, и это создает переменный ток во вторичном, поэтому он не так сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал над. Коммутационное устройство работает примерно так же, как и в электрический дверной звонок. Когда питание подключено, оно намагничивает переключатель, потянув его открыть и выключив его на очень короткое время.Пружина тянет за обратно в положение, снова включив его и повторив процесс — снова и снова.

Анимация: Основная концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается на первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красная и синяя) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она многократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому на вход трансформатора поступает переменный ток вместо постоянного.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он повышает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость, с которой вращается диск, определяет частоту переменного тока на выходе. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Инвертор, настроенный таким образом, будет давать очень грубый прямоугольный сигнал на выходе.

Типы инверторов

Если вы просто включите и выключите постоянный ток или перевернете его обратно и вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге получите, очень резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую направлении и обратно.Нарисуйте график силы тока (или напряжения) против времени, и вы получите прямоугольную волну. Хотя электричество варьируется таким образом, технически , переменный ток, это совсем не то, что переменный ток поставляемый в наши дома, который изменяется в гораздо более плавной волнистая синусоида). В общем, здоровенный бытовая техника в наших домах, использующая грубую энергию (например, электрическая обогреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники) все равно какую форму волны они получают: все, что им нужно, это энергия и много это — так что прямоугольные волны действительно не беспокоят их.Электронные устройства, вкл. с другой стороны, гораздо более суетливы и предпочитают более плавный ввод они получаются из синусоиды.

Надпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы на дереве работы Саронга, около 1906 г., любезно предоставлена ​​Библиотекой Конгресса США.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов: инверторы с истинной / чистой синусоидой (часто сокращается до PSW) и модифицированные/квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW).В виде их название предполагает, что настоящие инверторы используют то, что называется тороидальным (бубликообразные) трансформаторы и электронные схемы для преобразования постоянного тока в плавно меняющийся переменный ток очень похоже на подлинную синусоиду, обычно поставляемую в наши дома. Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока. источника, включая телевизоры, компьютеры, видеоигры, радиоприемники и стереосистемы.

Модифицированные синусоидальные инверторы, с другой стороны, используют относительно недорогая электроника (тиристоры, диоды и другие простые компоненты) для производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую приближение к синусоиде) и хотя они подходят для доставки мощность здоровенным электроприборам, они могут вызывать и вызывают проблемы с тонкой электроникой (или что-нибудь с электронным или микропроцессорным контроллером), так что, как правило, это означает, что они не подходят для таких вещей, как ноутбуки, медицинское оборудование, цифровое часы и умные домашние устройства.Также, если подумать, их закругленная площадь волны обеспечивают большую мощность для устройства в целом, чем чистая синусоида (площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает, что существует некоторый риск перегрева инверторов MSW. С положительной стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоиду (синяя), чем на прямоугольную (оранжевая), но все же включает внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она приближается к идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, они полностью независимы от сети, другие (известные как интерактивные инверторы или инверторы, связанные с сетью ) специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то как солнечная панель обратно в сеть с точно правильным напряжением и частотой.Это нормально, если ваша главная цель — генерировать собственную силу. это не так полезно если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите резервный источник питания на случай отключения, ведь если ваш подключение к сети пропадает, и вы не производите электричество самостоятельно (например, сейчас ночь и ваши солнечные батареи не работают), инвертор тоже выходит из строя, и вы совершенно бессильны — настолько же беспомощны, насколько вы были бы вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные инверторы или двунаправленные инверторы , которые могут работать либо в автономном, либо в сетевом режиме (но не в обоих режимах одновременно). С у них есть дополнительные детали, они, как правило, более громоздкие и более дорого.

На что похожи инверторы?

Инверторы могут быть очень большими и тяжелыми, особенно если они имеют встроенный батарейные блоки, чтобы они могли работать автономно. Они тоже выделяют много тепла, поэтому у них большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы.Как вы можете видеть на нашей верхней фотографии, типичные размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; более крупные единицы выглядят немного похоже на банк автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше переносные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно вставить в прикуриватель розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Фото: Микроинверторы — это небольшие компактные инверторы, обычно используемые для преобразования выходного постоянного тока одной фотоэлектрической солнечной панели в переменный ток, который можно подавать прямо в энергосистему.Другими словами, каждая панель имеет свой микроинвертор. На этой фотографии показаны шесть микроинверторов Enphase IQ 6, проходящих испытания в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Они подключены к Интернету, что означает, что вы можете отслеживать их работу через веб-браузер. и отследить, как он меняется со временем. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL.

Точно так же, как электроприборы различаются по мощности, которую они потребляют, инверторы различаются по мощности. в мощности, которую они производят. Как правило, на всякий случай нужен инвертор номиналом примерно на четверть выше максимальной мощности устройства, которым вы хотите управлять.Это допускает тот факт, что некоторые бытовые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это важно отметить, что они на самом деле не предназначены для работы на пике мощность в течение длительного времени.

Переменный ток в сравнении с постоянным током — College Physics

Переменный ток

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей.(Рисунок) показывает графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

(a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Разность потенциалов между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано на рисунке.Математическое выражение для дано .

(рис.) показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

.

, где — напряжение в момент времени , — пиковое напряжение, а — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления , поэтому переменный ток равен

.

где — ток в момент времени, а — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на (рис.) (b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку . Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется.Подаваемая мощность есть. Используя выражения для и выше, мы видим, что зависимость мощности от времени имеет вид , как показано на (рис.).

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и .Средняя мощность .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на (Рисунок), средняя мощность составляет

Это видно из графика, так как площади над и под прямой равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток и среднее или среднеквадратичное напряжение соответственно равными

.

и

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения.Как правило, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) значение и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас

что дает

, как указано выше. Стандартной практикой является указывать , и , а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей используется переменное напряжение 120 В, а это означает, что имеет напряжение 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А отключит постоянный ток , превышающий 10 А.Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет , и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

Различные выражения для мощности переменного тока:

и

Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность потребления 60.0-ваттная лампочка переменного тока?

Стратегия

Нам говорят, что это 120 В и 60,0 Вт. Мы можем использовать, чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (а)

Решение уравнения для пикового напряжения и подстановка известного значения дает

Обсуждение для (а)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до 60 раз в секунду.Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

Обсуждение

Таким образом, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе.Экономия на масштабе делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. (Рисунок).) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что гораздо проще увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для уменьшения потерь мощности в линиях передачи. Напряжения, генерируемые на электростанции, повышаются пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Меньше потерь мощности для высоковольтной передачи

(а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? б) Какова мощность, рассеиваемая линиями электропередач, если их сопротивление равно ? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Дано , , а сопротивление линий равно .Используя эти данные, мы можем найти ток, протекающий (от ), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (), и мы берем отношение к общей передаваемой мощности.

Раствор

Чтобы найти ток, мы переставляем соотношение и подставляем известные значения. Это дает

Раствор

Зная силу тока и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемую в них, находят из . Подстановка известных значений дает

Раствор

Процент потерь – это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

Обсуждение

Одна четвертая процента является приемлемой потерей.Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь.Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое напряжение. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Так что не только напряжение определяет опасность.Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Переменный ток, постоянный ток и солнечная энергия

Переменный ток, постоянный ток и солнечная энергия

 

Для получения бесплатной электроэнергии из солнечных лучей требуется нечто большее, чем просто солнечные батареи. Устройства, называемые инверторами , необходимы для преобразования тока постоянного тока , производимого вашими панелями, в ток переменного тока , от которого работает ваш дом. Но при этом теряется очень небольшое количество энергии. Итак, при покупке солнечной системы убедитесь, что оценки производства энергии, которые вы получаете от разных поставщиков, основаны на одном и том же типе тока.

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

Но почему солнечные панели сами по себе не производят необходимую вам энергию?



Электричество на самом деле не электроны

Переменный ток означает Переменный ток .
DC означает DC .

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

Точно так же, как поток воды , электрический ток — это то, что течет в определенном направлении.Но вид тока, который течет по проводам, состоит из электрических зарядов , переносимых электронами в движении. Вы, наверное, слышали, как люди говорят, что электричество состоит из самих электронов. Это распространенное объяснение позволяет легко визуализировать электрический ток. Но в действительности переменный ток препятствует течению самих электронов.

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

Постоянный ток , напротив, постоянно течет в одном направлении. Его название может немного ввести в заблуждение, поскольку DC не более прямой, чем AC.Но в постоянном токе сами электроны текут с электрическим зарядом .



Почему кондиционер стал стандартом

Около 200 лет назад ученые открыли эффективный способ выработки электроэнергии с помощью вращающегося магнита. Но вместо постоянного тока он производил ток, который менял направление с вращением магнита. Поскольку для переменного тока не было никакого практического применения, ранние генераторы переменного тока обычно имели устройства, которые преобразовывали их выход в постоянный ток.Сегодня в автомобилях по-прежнему используется генератор переменного тока для эффективной выработки электроэнергии переменного тока, которая затем преобразуется в постоянный ток для хранения аккумуляторной батареи.

Когда изобретение электрической лампочки создало спрос на электрические линии, идущие в наши дома, переменный ток, тем не менее, имел одно очень большое преимущество в плане безопасности. Для передачи электричества на расстояния, намного превышающие милю, требуется опасно высокое напряжение, чтобы свести к минимуму потери из-за электрического сопротивления. Но понизить напряжение постоянного тока так, чтобы можно было безопасно забегать в дома людей, было технологически невозможно.В результате электростанции постоянного тока должны были находиться очень близко к своим клиентам. Помимо всех неудобств и неэффективности, производство электроэнергии постоянного тока по разумной цене для малонаселенных регионов было невозможно, поскольку каждая станция могла обслуживать не более нескольких домов.

Однако примерно в 1886 году Уильям Стэнли* изобрел коммерчески жизнеспособное устройство для преобразования переменного тока высокого напряжения в более безопасное низкое напряжение. Это означало, что крупные электростанции могли обеспечивать высокое напряжение переменного тока потребителям, находящимся за много миль, а трансформаторы Stanley могли затем использоваться для снижения напряжения до безопасного уровня, прежде чем подавать его в свои дома.Питание переменного тока довольно быстро стало нормой, и производители прекратили выпуск приборов постоянного тока.

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

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

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

Поделиться:

№ 3199: Восстание округа Колумбия

Сегодня, добраться из А в D.Университет Хьюстона представляет сериал о машинах, на которых работает наша цивилизация, и о людях, чья изобретательность их создала.

Не все электричество одинаково. Постоянный ток , или DC , возникает из-за потока электронов, движущихся в одном направлении по проводу, образующему цепь. Переменный ток , или AC , возникает, когда электроны колеблются вперед и назад в проводе. Именно движение электронов создает энергию, поэтому независимо от того, бегают ли электроны по кругу или бегают туда-сюда, они прекрасно справляются со своей задачей.Однако существуют различия, когда дело доходит до работы с переменным и постоянным током. И это развивающаяся история.

Конец 1880-х стал свидетелем замечательного конфликта между двумя влиятельными людьми: Томасом Эдисоном, который защищал постоянный ток, и Джорджем Вестингаузом, который поддерживал переменный ток. Битва подогревалась желанием получить контроль над зарождающимся рынком электроэнергии, рынком с огромным коммерческим потенциалом. В конце концов, AC и Westinghouse выиграли благодаря техническим достоинствам AC. Доставить было проще и дешевле.


Портрет Томаса Эдисона   Фото: Wikimedia


Джордж Вестингауз   Фото: Wikimedia

Но со временем все изменилось. К 1960-м годам технология постоянного тока улучшилась до такой степени, что стала жизнеспособной альтернативой. Но, конечно, к тому времени поезд переменного тока уже давно ушел со станции.

Одним из основных преимуществ переменного тока, когда он был впервые принят, было то, что он мог более эффективно передавать больше энергии на большие расстояния.По иронии судьбы технологии сделали DC лучшей инженерной альтернативой для этой задачи. Примером может служить Pacific DC Intertie, линия, которая соединяет электростанцию ​​на северо-западе Тихого океана с большим Лос-Анджелесом. Первая фаза проекта была завершена в 1970 году, и с тех пор продолжается модернизация. Одна линия, протянувшаяся примерно на 850 миль, может обеспечить более одной трети пикового потребления энергии для большого Лос-Анджелеса.

Линия питания постоянного тока справа имеет только два проводника
, в то время как другие линии переменного тока имеют три.
  Фото: Flickr

Во всем мире количество линий постоянного тока дальней связи растет медленными, но неуклонными темпами. Хотя ЦОД предлагает преимущества, он также конкурирует с существующей инфраструктурой переменного тока. Тем не менее, для больших расстояний, когда всего одно или два подключения к сети переменного тока, постоянный ток имеет смысл. Вдохновленные инженеры представляют себе нацию, пронизанную магистралью линий электропередач постоянного тока, простирающихся от сельских ветряных электростанций, полей солнечной энергии и гидроэлектростанций до густонаселенных городских районов.

Также подталкивает мир обратно в сторону постоянного тока рост числа устройств, которые не используют переменный ток. Тостеры. Настольные лампы. Они предназначены для использования переменного тока напрямую от розетки. Но если на шнуре, соединяющем ваше устройство с розеткой, есть коробка, эта коробка почти наверняка является преобразователем переменного тока в постоянный, и ваше устройство почти наверняка работает от батарей. Ноутбуки. Легковые автомобили. Даже наши бродячие пылесосы. Преобразование между переменным и постоянным током тратит энергию впустую — вы можете почувствовать ее в виде тепла, когда прикоснетесь к преобразователю.Так что еще раз, DC имеет смысл. Сможет ли DC когда-нибудь проникнуть прямо в наши дома? Трудно представить, но кто знает? Томас Эдисон еще может выиграть битву.

Зарядка телефона
  Фото: Pexels

Я Энди Бойд из Хьюстонского университета, где нас интересует, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

Большое спасибо коллеге Дэвиду Вуду за то, что он обратил мое внимание на эту тему.

Дебаты между переменным и постоянным током («война»), начавшиеся в 1880-х годах, обычно представляются как дебаты между изобретателями Томасом Эдисоном и Николой Теслой.Однако разногласия во мнениях о коммерческом развитии были в основном между Эдисоном и Вестингаузом.

Линии постоянного тока на большие расстояния обычно обозначаются аббревиатурой HVDC, где HV означает «высоковольтный».

Высоковольтный постоянный ток. С веб-сайта Википедии: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Умайр Ирфан. Месть Эдисона: вернется ли постоянный ток в США? С веб-сайта Scientific American: Нажмите здесь.По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Пасифик, округ Колумбия, Интерти. С веб-сайта Википедии: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Джеймс Темпл. «Как доставить ветер из Вайоминга в Калифорнию и сократить выбросы углерода в США на 80%: высоковольтные линии электропередачи постоянного тока — ключ к сокращению выбросов парниковых газов». MIT Technology Review , 28 декабря 2017 г. См. также: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

4.5 Переменный ток в сравнении с постоянным током – Douglas College Physics 1207

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей.На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 1. (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются. Рисунок 2. Разность потенциалов В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V задается как V = V 0 sin 2πft .

На рис. 2 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

.

V = Vo sin(2 π f t)

, где В — напряжение в момент времени t, В o — пиковое напряжение, а f — частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления I = V/R , поэтому переменный ток равен

.

I = Io sin(2 π f t)

, где I — ток в момент времени t , а Io = Vo / R — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R . Если резистор представляет собой, например, люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через нуль.Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подводимая мощность равна P = IV . Используя выражения для I и V выше, мы видим, что зависимость мощности от времени имеет вид .

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется в пределах от нуля доСредняя мощность (1/2)I 0 В 0 .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке выше, среднее мощность P среднее равно P ave = 1 / 2 Io Vo.

 

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии 1 / 2 Io Vo равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем среднее или среднеквадратичное значение тока I RMS и среднее или среднеквадратичное напряжение В RMS как

соответственно.

и

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. Как правило, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) значение и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас

P среднее значение = I среднеквадратичное значение В среднеквадратичное значение

что дает

, как указано выше.Стандартной практикой является указывать I среднеквадратичное значение , V среднеквадратичное значение и P ave , а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей напряжение переменного тока составляет 120 В, что означает, что V среднеквадратичное значение равно 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А отключит постоянное I среднеквадратичное значение более 10 А. микроволновая печь потребляет Р в среднем =1,0кВт, и т.д. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

Различные выражения для мощности переменного тока P ave   равны

P ср.кв.    = I действ. В действ.

                P ave    =  ( V rms  ) 2 / R             и

   P пр.    =  (I ср.кв.) 2   В ср.кв.

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность потребления 60.0-ваттная лампочка переменного тока?

Стратегия

Нам говорят, что В среднекв. средняя мощность.

Решение для (а)

Решение уравнения для пикового напряжения В 0 и подстановка известного значения для В среднеквадратичное значение   дает

Обсуждение для (а)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду.Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

P или = 2(60,0 Вт) = 120 Вт

Обсуждение

Таким образом, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе.Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия на масштабе делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. рис. 4.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что гораздо проще увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 4. Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для уменьшения потерь мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое электростанцией, повышается с помощью пассивных устройств, называемых трансформаторами (см. главу 23.7 «Трансформаторы»), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру).В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 2: Меньшие потери мощности при высоковольтной передаче

(а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? б) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Имеем P пр. = 100 МВт , В rms = 200 кВ , а сопротивление линий R = 1.00 Ом. Используя эти данные, мы можем найти протекающий ток (от P = IV ), а затем мощность, рассеиваемую в линиях P = I 2 R ), и взять отношение к общей передаваемой мощности.

Раствор

Чтобы найти ток, меняем соотношение P ave = I rms V rms  и подставляем известные значения. Это дает

Раствор

Зная силу тока и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемую в них, находим из Р пр = I действующее значение 2 Р. Подстановка известных значений дает

P ср.кв. = I среднеквадратичное значение 2 R = (500 А) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт 

Раствор

Процент потерь – это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

Обсуждение

Одна четвертая процента является приемлемой потерей. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое напряжение. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рис. 5. Генератор

Проблемные упражнения

1: а) Чему равно тепловое сопротивление лампочки мощностью 25 Вт, работающей от сети переменного тока 120 В? б) Если рабочая температура лампы 2700°С, каково ее сопротивление при 2600°С?

2: Некоторое тяжелое промышленное оборудование использует переменный ток с пиковым напряжением 679 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает при среднеквадратичном токе 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: В военных самолетах используется переменный ток с частотой 400 Гц, поскольку на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование.Каково время одного полного цикла этой мощности?

5: Турист из Северной Америки берет свою бритву мощностью 25,0 Вт и 120 В переменного тока в Европу, находит специальный адаптер и подключает ее к сети 240 В переменного тока. Предполагая постоянное сопротивление, какую мощность потребляет бритва при ее поломке?

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце о потерях мощности для Примера 2. (a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи 1 Ом .(c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер небольшого офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней, а электроэнергия стоит 9 центов/кВтч?

8: Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, которая потребляет 10,0 А?

9: Каков пиковый ток через комнатный обогреватель мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

10: Два разных электрических устройства имеют одинаковую потребляемую мощность, но одно предназначено для работы от сети переменного тока 120 В, а другое от сети переменного тока 240 В.а) Каково отношение их сопротивлений? б) Каково отношение их токов? (c) Если предположить, что его сопротивление не изменится, во сколько раз увеличится мощность, если устройство на 120 В переменного тока подключить к сети 240 В переменного тока?

11: Нихромовая проволока используется в некоторых радиационных нагревателях. (a) Найдите необходимое сопротивление, если средняя выходная мощность должна составлять 1,00 кВт при использовании переменного тока 120 В. б) Какая длина нихромовой проволоки с площадью поперечного сечения 5 мм 2 мм необходима, если рабочая температура составляет 500°С? в) Какую мощность он потребляет при первом включении?

12: Найдите время после t=0, когда мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц впервые достигает следующих значений: (а) V o /2 (б) V o   (в) 0.

13: (a) В какие два момента времени в первый период после t=0 мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц равно V rms ? (b) -V_ rms ?

Серия глоссариев

dcbel: AC против DC

Есть два вида электрического тока, и оба в равной степени заслуживают вашего внимания. Это потому, что переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) играют большую роль в нашей повседневной жизни. Интересно, чем они отличаются? Мы разберем его для вас.

Из нашего внутреннего глоссария:

При постоянном токе (DC) электрический заряд течет только в одном направлении, в то время как электрический заряд при переменном токе (AC) периодически меняет направление. Электронные устройства работают с постоянным током. Дома подключены к сети переменного тока. Электричество в основном транспортируется на переменном токе. Следовательно, переменный и постоянный ток необходимо преобразовать, чтобы они работали вместе.

Сказка о двух течениях

Было время, когда DC был стандартом в США. Разработанный Томасом Эдисоном, постоянный ток в основном использовался для питания ламп накаливания (еще одно изобретение Эдисона) в домах в 1880-х годах.Однако эта технология не была такой масштабируемой, как переменный ток, который усовершенствовал один из сотрудников Эдисона: Никола Тесла.


DC (слева) является однонаправленным, а AC (справа) меняет направление с фиксированной скоростью.

Энергия постоянного тока Эдисона проносилась по линиям электропередач с постоянным напряжением 110 вольт, что обеспечивало относительно короткий диапазон передачи. С другой стороны, переменный ток полагался на трансформаторы, которые могли как повышать напряжение электричества, чтобы эффективно передавать его на большие расстояния, так и снижать напряжение до того, как оно достигнет конечного пользователя.

Уволившись с работы в Edison Machine Works, Тесла получил несколько патентов на свою технологию переменного тока. Вскоре он продал их Джорджу Вестингаузу, чья компания сосредоточила все свои ресурсы на маркетинге переменного тока и напрямую конкурировала с Эдисоном. Волшебник из Менло-Парка, как известно, отверг достоинства переменного тока, распространяя дезинформацию о его потенциальной опасности для общественности, но в конечном итоге ему не удалось предотвратить его массовое внедрение.

AC получил значительное преимущество в войне токов, когда его использовали для питания Всемирной выставки 1893 года в Чикаго.Мероприятие убедило американцев в том, что эта технология жизнеспособна, и принесло компании Westinghouse знаковый контракт на установку генераторов переменного тока в рамках гидроэнергетического проекта на Ниагарском водопаде. С этого момента система распределения электроэнергии переменного тока стала доминировать в мире.

DC по-прежнему играет жизненно важную роль

Будучи хорошо подходящим для низковольтных приложений, постоянный ток по-прежнему широко используется. Все, что питается от батареи, работает от постоянного тока, что делает эту форму электричества незаменимой в эпоху смартфонов и другой портативной электроники.Появление электромобилей с питанием от постоянного тока (EV) и солнечных батарей сохранит актуальность этой технологии на десятилетия вперед.

Но переменный ток и постоянный ток далеко не взаимозаменяемы, и именно здесь на помощь приходят преобразователи (также известные как выпрямители) и инверторы, которые упрощают нашу повседневную жизнь. Рассмотрим работу, которую конвертеры выполняют на электромобилях по мере их зарядки.

Современные электромобили поставляются со встроенным преобразователем, который превращает энергию сети переменного тока в заряд постоянного тока, необходимый для аккумулятора. На общественной станции быстрой зарядки преобразование происходит вне автомобиля, и большее количество энергии может быть передано непосредственно в аккумулятор для его более быстрой зарядки.

Инвертор делает обратное: он преобразует постоянный ток в переменный. Солнечные инверторы играют центральную роль в бытовой солнечной энергии. Когда солнечный свет падает на фотогальваническую панель, электроны возбуждаются и начинают течь в одном направлении — постоянный ток в действии! Прежде чем эту энергию можно будет использовать в доме, инвертор преобразует ее в электроэнергию переменного тока, которая может питать наши электрические розетки.

Гибридные отношения

AC и DC будут работать вместе, чтобы обеспечить экологически чистую энергию будущего, в которой люди могут стать все более и более независимыми от энергии.Дома и здания с чистым нулевым потреблением энергии, которые используют возобновляемые источники электроэнергии для возврата столько же энергии, сколько они потребляют, становятся все более распространенными в США, поскольку государственные и федеральные правительственные учреждения устанавливают все более амбициозные цели в области энергетики.

В следующий раз, когда вы услышите о таких концепциях, как чистые измерения, которые позволяют домовладельцам продавать избыточную солнечную энергию обратно в сеть в обмен на кредиты, резервное питание от автомобиля к дому и домашнюю солнечную зарядку электромобилей, вы будете знать, что постоянный ток и Переменный ток используется революционным образом благодаря преобразователям и инверторам.

Источники:

https://www.energy.gov/articles/war-currents-ac-vs-dc-power

https://www.history.com/news/what-was-the-war-of-the-currents

https://sinovoltaics.com/learning-center/basics/direct-current-dc-power-definition-and-applications/

The Differences Between Converters and Inverters

https://www.aurorasolar.com/blog/solar-fundamentals-whats-the-difference-between-ac-vs-dc/

https://www.energy.gov/eere/здания/здания с нулевой энергией

Фото Мэтью Генри на Unsplash

Current wars 2.0: новая эра постоянного электрического тока изменит ваш мир

2. Потребности в новой инфраструктуре: передача электроэнергии на большие расстояния и зарядка электромобилей

Электричество все чаще передается через национальные границы в Европе, и этот процесс ускоряется общей либерализацией рынков. Например, Южная Германия получает большую часть электроэнергии из Франции, что требует эффективной передачи на большие расстояния.В Китае и Индии правительства строят линии электропередач на очень большие расстояния, чтобы соединить население с электричеством. То же самое происходит и в Африке, где аналогичные проекты со временем также соединят ее страны с Европой.

Технология, которая хорошо работает в этом контексте, — это высоковольтный постоянный ток (HVDC), поскольку постоянный ток плавно перемещается по линии передачи с минимальными утечками и потерями энергии, в отличие от высоковольтного переменного тока (HVAC), при котором утечка энергии а потеря — неизбежный побочный продукт нерегулярного пульса переменного тока.С меньшими потерями энергии также меньше необходимо вкладывать средства в стабилизацию сети, что в настоящее время является типичной чертой систем передачи на большие расстояния. Оптимизм в отношении потенциала HVDC настолько велик, что MarketsandMarkets, индийская исследовательская группа в области энергетики, ожидает, что установленная мощность систем HVDC удвоится к 2022 году по сравнению с нынешним уровнем в 43 гигаватт.

Ожидается также расширение инфраструктуры зарядки. По мере распространения электромобилей (EV) растет и использование нагнетателей постоянного тока — устройств, которые могут заряжать автомобильный аккумулятор за считанные минуты, а не часы.Тесла — компания, а не инженер — строит сотни новых станций наддува постоянного тока во многих странах. Более широкое развертывание инфраструктуры зарядки постоянного тока для электромобилей снизит уровень потерь мощности, обычно связанных с преобразованием переменного тока в постоянный.

3. Новые технологии: импульс инноваций DC

Технологические прорывы придают DC новый импульс. Автоматические выключатели и среднечастотные трансформаторы вызывают интерес к постоянному току среди предприятий, связанных с железной дорогой, поскольку они снижают затраты и стабилизируют электрические сети.В них заинтересованы французский производитель транспортных систем Alstom, швейцарская инженерная группа ABB и SuperGrid Institute, совместный исследовательский институт, в котором участвуют GE из США, французская коммунальная компания EDF и французская кабельная группа Nexans.

Кроме того, дополнительные инновации в кабелях постоянного тока позволяют создавать более энергоэффективные электромобили и самолеты. Такие компании, как Microsoft и Facebook, устанавливали инновационные гибридные системы питания переменного и постоянного тока во многих своих центрах обработки данных и добились немедленной экономии энергопотребления примерно на 20 процентов.Такие гибридные системы также помогают экономить место с той же выгодой, что и электростанции, использующие постоянный ток.

4. Эволюция нормативно-правовой базы: реализуются государственные и частные инициативы

Правительства начинают признавать преимущества постоянного тока. State Grid, государственная электроэнергетическая компания Китая, в 2009 году начала работу над 11-летним планом строительства сверхвысоковольтных линий постоянного тока, которые значительно повысят доступность электроэнергии по всей стране. Использование и расширение постоянного тока было закреплено в 12-м пятилетнем плане Коммунистической партии, опубликованном в 2011 году.Точно так же американские производители, являющиеся членами EMerge Alliance — открытой отраслевой ассоциации — устанавливают стандарты, облегчающие внедрение систем питания постоянного тока в коммерческих зданиях.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.