Чем отличается постоянный ток от переменного

Direct Current или DC так по-английски обозначают электрический ток который на протяжении любого отрезка времени не меняет направление движения и всегда движется от плюса к минусу. На схеме обозначается как плюс (+) и минус (-), на корпусе прибора, работающего от постоянного тока наносят обозначение в виде одной (-) или (=) полос. Важная особенность постоянного электрического тока — это возможность его аккумулирования, т.е. накопления в аккумуляторах или получения его за счет химической реакции в батарейках. Множество современных переносных электрических устройств, работают, используя накопленный электрический заряд постоянного тока, который находится в аккумуляторах или батарейках этих самых устройств.

(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «

». Если говорить о переменном токе простыми словами , то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Теперь давай разберемся, что такое частота. Частота это — период времени, в течение которого ток выполняет одно полное колебание, число полных колебаний за 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц) . В промышленности и быту большинства стран используют переменный ток с частотой 50 Гц. Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние. Иными словами в электрической розетке, которая есть в каждом доме и куда мы включаем утюги и пылесосы, плюс с минусом на правой и левой клеммах розетки будет меняться местами с частотой 50 раз в секунду — это и есть, частота переменного тока. Для чего нужен такой “переменчивый “ переменный ток, почему не использовать только постоянный? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны. Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

• в питании большинства бытовых приборов;
• в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
• для питания электроники автомобилей;
• на кораблях и подводных лодках;
• в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Изменение количества витков

Такой способ действует благодаря повышению или уменьшению показателя трансформации. Для этого используют вспомогательные отводы вторичной обмотки.

Переключение между элементами помогает менять рабочее напряжение, мощность дуги. Регулятор способен работать с высокими силами электротока. Недостатками считают сложность приобретения коммутатора с требуемыми характеристиками, малый диапазон настроек.

Схемы

Однополупериодный выпрямитель. Простейшая схема с минимальным количеством элементов. Качество выпрямленного напряжения невысокое.

Схема однофазного однополупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель, схема со средней точкой. Уровень пульсаций U в данном случае ниже по сравнению с предыдущим вариантом.

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема. Самый популярный вариант для промышленной аппаратуры. В схеме используется 4 диода. Сглаживает пульсации напряжения RC-фильтр, установленный на выходе. Нередко его заменяет электролитический конденсатор.

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Сварочные инверторы – это самые современные аппараты для электродуговой сварки. Использование мощных полупроводниковых выпрямителей на входе устройства и последующей трансформации переменного тока в постоянный, а затем в переменный высокой частоты позволил создать устройства компактные и мощные одновременно.

В инверторных аппаратах основным регулятором является изменение частоты задающего генератора. При одном и том же размере трансформатора мощность преобразования напрямую зависит от частоты входного напряжения.

Чем меньше частота, тем меньшая мощность передается на вторичную обмотку. Ручка регулировочного резистора выводится на лицевую панель инвертора. При ее вращении изменяются характеристики задающего генератора, что приводит к изменению режима переключения силовых транзисторов. В итоге получается требуемый сварочный ток.

При использовании инверторных сварочных полуавтоматов настройка происходит так же, как и при использовании ручной сварки.

Кроме внешних регуляторов в блоке управления инвертором предусмотрены еще много различных управляющих элементов и защит, обеспечивающих стабильную дугу и безопасную работу. Для начинающего сварщика лучшим выбором будет инверторный аппарат для сварки.

Наверное, каждый из нас в детстве имел игрушки с электроприводом. Те же, кто в те годы отличался любопытностью, не упустили возможность разобрать эти игрушки, дабы посмотреть, а что там внутри.

Заглянув внутрь такой игрушки, нами был найден маленький электромоторчик постоянного тока. Естественно, тогда мы и не задумывались над тем, почему он работает. Некоторые из нас, найдя в игрушке моторчик, решались разобрать и его. Вот эти-то любопытные товарищи, разобрав моторчик, находили там постоянный магнит (иногда не один), щетки и якорь с коллектором.

Что такое возбуждение в двигателях постоянного тока

Так вот, как раз постоянный магнит и является простейшей системой возбуждения для моторов постоянного тока. Ведь якорь моторчика вращается только тогда, когда вокруг него присутствует постоянное магнитное поле, которое и создается при помощи постоянного магнита.

Двигатели постоянного тока промышленных масштабов в качестве возбудителей используют специальные обмотки, именуемые обмотками возбуждения.

Подключение же этих обмоток может быть самым различным. Они могут включаться параллельно якорю, последовательно с ним, смешано и, даже, независимо от них.

Возбуждающая обмотка состоит из значительно большего числа витков, нежели якорная. В связи с этим ток якорной обмотки в десятки раз превосходит ток возбуждающей. Скорость вращения такого движка может меняться в зависимости от нагрузки и магнитного потока. Благодаря свойствам подключения, движки параллельного включения довольно мало подвержены перемене частоты вращения.

Теперь рассмотрим вариант раздельного подключения рабочей и возбуждающей обмоток. Такой движок именуется мотором с независимым возбуждением.

Скорость такого движка может регулироваться при помощи смены сопротивления якорной цепи, или магнитного потока.

Тут есть небольшой нюансик: не стоит слишком уменьшать ток возбуждения при таком включении двигателя, поскольку это чревато очень большим подъемом якорного тока. Тем же самым опасен и обрыв цепи возбуждения этих двигателей. Кроме того, если нагрузка мотора с таким включением мала, либо при его включении на холостой ход может произойти такой сильный его разгон, что возникнет опасность для движка.

Как я уже говорил, разновидностью ДПТ независимого возбуждения считаются устройства, имеющие в качестве возбудителя постоянные магниты. Скажу несколько слов и о них.

Поскольку ДПТ и машины синхронного типа могут использовать вместо возбудителей постоянные магниты, то подобный вариант считается достаточно привлекательным. И вот почему:

• у такого устройства снижено потребления тока за счет уменьшения числа обмоток, в результате чего такие показатели подобных машин, как КПД оказываются выше.
• С использованием вместо возбудителя постоянных магнитов упрощается конструкция возбуждающих цепей движка, что повышает его надежность, ведь постоянный магнит не требует питания, следовательно у такого мотора нет токосъемного узла на роторе.

Теперь о последовательном включении обмоток (двигатели с последовательным возбуждением).

В этом варианте подключения якорный ток будет являться и возбуждающим. Это становится причиной изменения магнитного потока в сильной зависимости от нагрузки. Это является причиной большой нежелательности пуска их на холостом ходу и при маленькой нагрузке.

Применение же такое включение нашло там, где требуется значительный момент пуска, либо возможность выдерживания кратковременных перегрузок. В связи с этим их применяют, как средства тяги для трамваев, троллейбусов, электровозов, метро и подъемных кранов. Кроме того, их применяют, как средство запуска для ДВС (в качестве стартеров).

Последним вариантом включения движков постоянного тока считается их смешанное включение.

Каждый из полюсов этих моторов оснащен парой обмоток, одна из которых параллельная, а другая – последовательная. Подключать их возможно двумя способами:

• Согласный метод (в этом случае токи складываются)
• Встречный вариант (вычитание токов)

Соответственно, в зависимости от варианта подключения (от чего меняется и соотношение магнитных потоков) такой мотор может оказаться приближен либо к устройству, имеющему последовательное возбуждение, либо к движку с параллельным возбудом.

В большинстве случаев основной обмоткой у них считают последовательную обмотку, а параллельную – вспомогательной. За счет параллельной обмотки у таких моторов скорость при небольших нагрузках, практически не растет.

Если требуется получение значительного момента при пуске и возможность регулирования скорости на переменных нагрузках, используется подключение согласного типа. Встречное же подключение используется при необходимости получения постоянной скорости при изменяющейся нагрузке.

Если возникает необходимость реверсирования ДПТ (смены направления его вращения), то меняют направление тока в одной из его рабочих обмоток.

Методом смены полярности подключения клемм двигателя возможно поменять направление только тех моторов, которые включены по независимой схеме, либо движков с постоянным магнитом в качестве возбудителя. Во всех иных устройствах необходима смена направления тока в одной из рабочих обмоток.

Кроме того, движки постоянного тока нельзя включать методом подключения полного напряжения. Это связано с тем, что величина их пускового тока, примерно в 2 десятка раз выше номинального (это зависит от размеров и скорости двигателя). Токи пуска движков больших размеров могут и в полсотни раз превосходить их номинальный рабочий ток.

Токи больших величин способны вызвать эффект кругового искрения коллектора, в результате чего коллектор разрушается.

Чтобы выполнить включение ДПТ, используется методика плавного включения, либо применение пусковых реостатов. Включение прямого типа возможно лишь на небольших напряжениях и для маленьких движков, имеющих большое сопротивление якорной обмотки.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил.

Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Всего доброго.

Короткая заметка:Без встраиваемых светодиодных потолочных светильников, вы не добьетесь оригинального светового дизайна на кухне. Перейдя по ссылке, вы сможете узнать, как просто, можно организовать интерьер света.

Генератор приводится ремнем от двигателя и, соответственно, обороты генератора все время меняются. Если не регулировать напряжение, то оно будет сильно меняться — увеличиваться при разгоне автомобиля и уменьшаться при сбросе газа и снижения скорости. Свет будет, то слишком яркий, то слишком тусклым, обороты электромоторов будут меняться, Аккумулятор быстро разрушится от избыточного напряжения, электроника станет работать непредсказуемо.

Для возбуждения генератора необходимо раскрутить ротор и включить ток возбуждения. Ток возбуждения создает магнитное поле ротора, которое генерирует в обмотке генератора Электродвижущую силу. На выходе генератора появляется напряжение. Напряжение не может появиться скачком, потому что в генераторе происходят переходные процессы, замедляющие нарастания и спады напряжения. Чем быстрее крутится ротор, тем быстрее нарастает напряжение и достигает большей величины. При размыкании цепи возбуждения, напряжение генератора снижается, чем больше обороты генератора, тем медленнее спадает напряжение.

Проводим три опыта: Генератор крутится со скоростью 800 об. в мин, 3000 об. в мин., 5000 об. в мин.

На графике показано нарастание напряжения при включении тока возбуждении и спада напряжения, при выключении тока возбуждения. Чем выше обороты, тем быстрее нарастает напряжение достигает большей величины.

Расчетные параметры генератора, должны быть такими, чтобы уже на малых оборотах холостого хода, напряжение оказалось выше регулируемого значения — 14,2 Вольта, только в этом случае, регулятор сможет ограничить напряжение на заданном уровне. Генератор должен гарантировано обеспечить работу электрооборудования на холостом ходу двигателя 800 об. в мин., напряжение должно быть 16- 17 Вольт. На высоких оборотах (3000, 5000) предельное напряжение на выходе генератора получается значительно выше, регулируемого уровня — в два – три раза.

Регулирование напряжение – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при сильных изменениях оборотов и нагрузки генератора. Для выполнения этой функции, в конструкции генератора предусмотрен регулятор напряжения. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне.

Задержка нарастания и плавный спад напряжения используются для регулирования напряжения. Между разными уровнями нарастающего и спадающего напряжения, есть определенный временной промежуток, который позволяет разнести по времени включение и выключение тока возбуждения.

Как только нарастающее напряжение превысит регулируемый уровень, регулятор отключает обмотку возбуждения, и начинается спад напряжения. Как только на спаде, напряжение станет ниже регулируемого уровня, регулятор снова включает ток возбуждения, напряжение снова начинает расти. Так происходит пилообразный рост и спад напряжения. Моменты включения и выключения тока возбуждения выбираются так, чтобы среднее значения этого пилообразного напряжения, получилось 14,2 Вольта.

Дополнительные особенности регулирования напряжения.

Постоянство напряжение дополнительно поддерживается тем, что с увеличение оборотов напряжение генератора (в пределах регулирования) быстрее нарастает и медленнее убывает. (см графики) Это помогает скомпенсировать увеличение ЭДС генератора.

Тот факт, что при увеличении нагрузки ток возбуждения спадает быстрее, приводит к относительному росту среднего значения тока возбуждения и, значит, компенсирует снижение напряжения генератора при увеличении нагрузки.

Эти две туманные фразы можно попытаться понять, если разобраться, как меняется среднее значение тока возбуждения при нарастании и убывании оборотов

Зависимость среднего значения тока возбуждения от скорости нарастания и убывания напряжения генератора

На малых оборотах напряжение медленно нарастает и быстро спадает, на средних быстрее вырастает и медленнее спадает, на высоких оборотах быстро вырастает и заметно медленнее спадает. Это видно на верхних графиках.

Более длительное разомкнутое состояние означает, что среднее значение тока в цепи возбуждения снижается, это важно для поддержания постоянного уровня напряжения. При увеличении скорости вращения ротора увеличивается скорость изменения магнитного потока и, значит, повышается ЭДС генератора, но, так как, величина тока возбуждения снижается, происходит снижение ЭДС, то есть, происходят два встречных процесса – один повышает ЭДС, другой понижает, в среднем, значение ЭДС остается на прежнем уровне.

Похожие процессы происходят при увеличении нагрузки, когда генератор вынужден отдавать большой ток. Как для любого источника, в этом случае увеличивается падение напряжения внутри источника, уменьшается скорость нарастания напряжение и его верхнее значение, и ускоряется спад напряжения. В этом случае увеличивается среднее значение тока возбуждения. То есть, регулятор, для того чтобы удержать выходное напряжение, при увеличении нагрузки, увеличивает ток возбуждения.

Частота, с которой происходит включение – выключение тока возбуждения определяется качеством и чувствительностью схемы регулятора. Увеличение частоты приводит к повышению энергозатрат и дополнительному нагреву схемы, а значит потребует увеличения размеров.

В современных ШИМ регуляторах напряжения, частота переключения выбирается задающим генератором.