В автомобиле ток переменный или постоянный: постоянный или переменный ток? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Содержание

постоянный или переменный ток? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Основной недостаток легковых электромобилей — значительное время зарядки аккумуляторов, обычно составляющее не менее 3 часов. Уменьшение этого времени до получаса делает зарядку электромобиля сопоставимой с заправкой обычного авто бензином. Все равно полчаса на автозаправке вы и так потратите за чашкой кофе и покупкой в местном магазине. Такое короткое время зарядки уже стало реальностью, если заряжать автомобиль от постоянного тока. Почему же тогда зарядные станции на переменном токе не ушли в прошлое?

Практически любой современный электромобиль (кроме отдельных спортивных моделей, не имеющих широкого распространения) может заряжаться от обычной электрической розетки. Наличие такой функции позволяет не остаться без движения в местностях, где нет специальных зарядных станций. Например, аккумуляторы сели недалеко от глухой деревни, и вы попросились на постой к сердобольным местным жителям.

Зарядка от бытовой розетки имеет свои ограничения. Напряжение питания 230 В (по старому стандарту — 220 В) переменного тока. Конструкция розетки и используемые провода ограничивают силу тока значением 16 А. Для того, чтобы полностью зарядить батарею аккумуляторов электромобиля Tesla Model S 75D, потребуется примерно 21 час — почти сутки!

Но в экстренной ситуации и не ставится задача зарядить аккумуляторную батарею полностью, главное — дотянуть до ближайшей станции зарядки. Многие (но не все!) модели электромобилей поддерживают заряд на переменном токе как принятый в России и Евросоюзе стандарт 230 В, так и американский 120 В и даже японский 100 В.

Наиболее распространенный тип разъема для зарядки переменным током — Type 2

Самостоятельно заряжать электромобиль у себя дома можно в том случае, если вы живете в отдельном коттедже или таунхаусе. В таких зданиях обычно имеются еще и трехфазные розетки 400 В (по старому стандарту — 380 В) переменного тока. Зарядка той же Tesla Model S 75D от трехфазной розетки займет уже 7 часов.

Можно заряжать авто ночью, пока вы спите, а днем зарядки хватит примерно на 500 км пробега.

В том случае, если линия, подающая электроэнергию в коттедж или секцию таунхауса, способна выдерживать ток порядка 80–100 А, можно дополнительно ускорить процесс, установив личную зарядную станцию на переменном токе. Она подключается напрямую к электрическому щиту дома, поэтому на ее работу не оказывают влияние ограничения, связанные с розетками и проводкой. Время зарядки сокращается до 4 часов.

К зарядным станциям коллективного пользования, как правило, прокладывают линии, способные передавать мощность порядка десятков кВт. Зарядка электромобиля производится трехфазным переменным током. Наиболее распространенный разъем для такого рода зарядки в европейских странах, в том числе и в России, — Type 2. Массовое распространение на парковках офисов, торговых центров и прочих публичных мест получили зарядные станции мощностью 22 кВт, у которых ток зарядки не равен 32 А. Полностью «заправить» электромобиль Tesla Model S 75D на них можно за 3 часа.

Поскольку на таких стоянках оставляют машину на время работы, шоппинга или посещения ресторана, делать более быстродействующие, а значит, и дорогие зарядные станции не имеет экономического смысла.

Максимальная сила тока, которую выдерживает разъем Type 2, — 63 А. Это соответствует мощности зарядной станции на трехфазном переменном токе 43 кВт. Но такой режим поддерживают не все электромобили.

Преимущества и недостатки переменного тока

Непосредственно аккумуляторы всегда заряжаются постоянным током. Поэтому в электромобиль встроено зарядное устройство, которое преобразует поступающий со станции переменный ток в постоянный и регулирует параметры зарядки. Как уже отмечалось, наличие такого устройства для любого электромобиля обязательно, иначе он не сможет подзарядиться в критической ситуации.

Зарядные станции на переменном токе компактны и имеют простую
конструкцию, что обусловило их массовое использование

Конструкция станции на переменном токе предельно простая. В ней есть системы защиты как электромобиля, так и электрической сети от нештатных ситуаций, и, при необходимости, биллинговая система, позволяющая продавать услугу зарядки.

Тем не менее размещение основных узлов зарядного устройства на борту электромобиля ограничивает скорость зарядки на переменном токе. Чем выше скорость зарядки, тем больше сила тока. В свою очередь, это влечет за собой увеличение массы и габаритов электронных узлов, отвечающих за зарядку. А еще увеличение скорости зарядки потребует улучшения отвода тепла от электронных узлов. Ограничения по массе, габаритам и возможностям отвода тепла в легковом электромобиле определили предел тока зарядки в 32 А. Он характерен как для большинства массовых моделей электромобилей.

Некоторые электромобили поддерживают зарядку переменным током 63 А. Например, она есть в автомобилях Renault Zoe. Время «заправки» для пробега в 500 км сокращается до 1,5 ч.

Зарядка постоянным током

Значительно ускорить зарядку можно, если на станции подключаться к аккумулятору напрямую.

При таком подходе уже нет ограничений по размерам и массе зарядного устройства, так как все его узлы размещены вне кузова электромобиля. Естественно, напрямую на аккумуляторы можно подавать только постоянный ток.

Рабочее напряжение аккумуляторной батареи в современных электромобилях обычно составляет 400–450 В. Поэтому в качестве стандарта для зарядки на постоянном токе приняли напряжение 500 В.

Параметры зарядных станций для электромобилей в России регламентируются ГОСТ Р МЭК 61851-1-2013 «Системы токопроводящей зарядки электромобилей», являющимся адаптацией международного стандарта IEC 61851-1. Стандартизация вилок и розеток на зарядных станциях осуществляется на основании ГОСТ Р МЭК 62196-1-2013 и ГОСТ Р МЭК 62196-2-2013 «Вилки, штепсельные розетки, соединители и вводы для транспортных средств. Кондуктивная зарядка для электромобилей», части 1 и 2. Эти стандарты являются адаптацией IEC 62196-1 и IEC 62196-2.

При зарядке постоянным током интерфейс между станцией и электромобилем обязательно должен содержать канал передачи данных от транспортного средства к зарядке. На основании этой информации станция определяет тип и текущее состояние аккумуляторной батареи, точно подстраивая напряжение и некоторые другие параметры зарядки.

Для зарядки на постоянном токе используются разъемы CHAdeMO, CCS и Tesla Type 2. Зарядные станции с разъемами CHAdeMO и CCS имеют мощность 50 кВт. Такая мощность позволяет за 1,5 часа зарядить электромобиль для пробега 500 км. След

Электрические нагрузки автомобиля

Нагрузки на электрогенератор можно разделить на три отдельные группы:

  • постоянные
  • длительные
  • кратковременные

Система зарядки современного автомобиля должна справляться с высокими требованиями при множестве различных условий. Чтобы получить некоторое представление о необходимой мощности, сложите мощности, потребляемые каждым индивидуальным компонентом автомобиля и добавьте эту сумму к мощности, требуемой для зарядки батареи. В таблице приведен список типичных потребностей в электроэнергии различных систем транспортного средства. Для сравнения дается потребление тока (с точностью до 0,5 А) при 14 и 28 В (номиналы выходных напряжений генератора переменного тока для систем 12 В и 24 В).

Рис. Требования к генератору переменного тока

В списке отсутствуют некоторые потребители, вроде предварительно подогреваемых каталитических конвертеров, электрических усилителей рулевого управления и обогревателей ветровых стекол. Этот список будет расширяться, и система зарядки должна будет обеспечить все новые потребности.

Таблица. Типичное потребление электроэнергии электрическими компонентами автомобиля

Постоянные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Зажигание 30 2 1
Инжекторы топлива 70 5 2,5
Топливный насос 70 5 2,5
Приборная панель 10 1 0,5
Итого 180 13 6,5
Продолжительные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Габаритные и задние огни 30 2 1
Огни освещения  номера 10 1 0,5
Фары дальнего света 200 15 7
Фары ближнего света 160 12 6
Огни подсветки приборов 25 2 1
Приемник/Магнитофон/CD 15/30 1,0/2,0 0,5/1,0
Итого (при средней нагрузке фар) 260-270 20 10
Кратковременные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Нагреватель 50 3,5 2
Индикаторы 50 3,5 2
Стоп-сигналы 40 3 1,5
Передние стеклоочистители 80 6 3
Задние стеклоочистители 50 3,5 2
Электрические стеклоподъемники 150 11 5,5
Вентилятор охлаждения радиатора 150 11 5,5
Вентилятор обогрева салона 80 6 3
Обогреватель заднего стекла 120 9 4,5
Лампы внутреннего освещения 10 1 0,5
Звуковые сигналы 40 3 1,5
Задние противотуманные фонари 40 3 1,5
Фонари заднего хода 40 3
1,5
Дополнительные лампы 110 8 4
Прикуриватель 100 7 3,5
Очиститель передних фар 100 7 3,5
Регулировка сидения 150 11 5,5
Подогрев сидения 200 14 7
Мотор привода люка в крыше 150 11 5,5
Электрические приводы зеркал 10 1 0,5
Итого 1,7 кВт 125,5 63,5

Кратковременные нагрузки возникают нечасто, а некоторые потребители энергии, вроде обогрева задних стекол и нагревателей сидений, как правило оснащаются реле с таймером. Поэтому ради упрощения дальнейших вычислений к полной сумме требуемой мощности применен коэффициент 0,1. Предполагается, что транспортное средство будет использовать такую мощность при нормальных условиях движения.

Требование потребителей к генератору переменною тока — сумма постоянных нагрузок, длительных нагрузок и кратковременных нагрузок (с примененным коэффициентом). В этом примере:

180 + 260 + 170 = 610 Вт (43 А при 14 В).

Следовательно, требования, предъявляемые к системе зарядки, весьма значительны. Эта нагрузка является дополнительной к току, требуемому для подзарядки батареи.

Вперед Принципы построения системы зарядки Назад Вычисление баланса зарядки

причины, как определить, норма утечки

Часто попытка завести утром автомобиль оборачивается провалом: стартер внезапно еле вращает коленвал, а подсветка приборной панели моргает в такт рывкам. В самом крайнем случае автомобиль просто не подает признаков жизни. Такие вещи случаются после нескольких дней стоянки, и первой рекомендацией в таких случаях (если ничего не было оставлено включенным) будет проверить утечку тока в автомобиле.

Этот термин появился во времена карбюраторных автомобилей, у которых после выключения зажигания не оставалось ни единого потребителя, подключенного к аккумулятору, и любое потребление тока без включения зажигания считалось утечкой. Сейчас же все сложнее: даже на бюджетных автомобилях в бортсети постоянно включены электронные блоки, которые, хотя и умеют «засыпать» для энергосбережения, все равно расходуют ток постоянно. В этом случае проверить и отличить утечку от нормального поведения автомобиля труднее.

Обратный ток диодного моста

В свое время это было основной причиной чрезмерного разряда аккумуляторов – генератор оставался единственным устройством, прямо связанным с АКБ после отключения зажигания.  Автомобильный генератор – это трехфазная (реже-четырехфазная) машина переменного тока, который для использования в бортовой сети необходимо выпрямить. За это отвечает диодный мост – характерная «подкова» из мощных полупроводниковых диодов, которая в цепи автомобиля включена между статорными обмотками и аккумулятором.

Идеальный полупроводниковый диод проводит ток  в одном направлении, на этом основано их использование в выпрямителях переменного тока. Но на практике у  диода есть и обратный ток –  будучи подключенным к аккумулятору диодный мост медленно высаживает аккумулятор на статорные обмотки. В норме обратный ток диода составляет несколько миллиампер, с учетом того, что в мосту их несколько, нормальным обратным током сборки считается 20-40 мА.

Однако полупроводники со временем деградируют, что приводит к изменению параметров диода, включая и рост обратного тока. Так утечки могут вырасти в разы – а постоянная нагрузка в сотню-две миллиампер.

Читайте также: Рейтинг пускозарядных устройств для автомобиля

Неправильное подключение магнитолы

Классическая ошибка – и классический же способ разрядить аккумулятор. Дело в том, что современные магнитолы рассчитаны на использование только при замке зажигания, установленном в положение «аксессуары» (АСС) или при включенном зажигании, для чего используется отдельный сигнальный провод, подключаемый к замку зажигания. Плюс же питания магнитолы напрямую идет на аккумулятор.

Без ключа такую магнитолу не включить, что и подвигает иногда людей намертво соединить провод ACC от магнитолы с плюсом зажигания, чтобы она включалась всегда. Но проблема в том, что при штатном подключении все время, пока ключ вынут из замка, в магнитоле под напряжением остается минимум цепей. Запускает этот «спящий» режим минимального энергопотребления отключение напряжения на выводе ACC.

Если же магнитола выключена кнопкой на панели, а напряжение на выводе ACC сохраняется, то вместо «спящего» режима большинство моделей переходят в режим ожидания, когда энергопотребление гораздо выше. Таким образом, неправильно подключенная магнитола способна добавить 40-50 мА к общему току утечки.

Сюда же отнесем и усилители – их напрямую запитывают аккумуляторы, а для энергосбережения используется сигнальный провод, управляемый магнитолой. Сами понимаете, сколько способен «высосать» мощный усилитель, если случайно сорвать этот провод, доставая что-то из багажника и оставив усилитель включенным.

Проблемы с сигнализацией и охранными системами

Сигнализации и иммобилайзеры  должны работать, пока машина стоит с выключенным мотором. Это тоже дает вклад в токи утечки и, хотя при разработке подобных систем стремятся снизить энергопотребление до минимума, какой-то ток им нужен всегда.

В современных охранных системах контроллеры умеют «засыпать», но при сбоях программного обеспечения или неисправностях такая сигнализация продолжит потреблять повышенный ток. На дешевых моделях случаются и более серьезные проблемы – например, оснащенная простейшей китайской двусторонней сигнализацией машина намертво заблокировала работу автоматических дверей бокса и штатных сигнализаций соседних машин, забивая радиодиапазон постоянно работающим передатчиком антенного блока. Аккумулятор у этой машины регулярно по утрам оказывался ощутимо разряженным.

Неисправности коммутирующего оборудования

Нагрузка, подключаемая к проводке с постоянным присутствием напряжения через выключатели или реле, может стать причиной роста тока утечек. В любом случае источником проблем становятся контакты, неважно, выключателя или реле – подгоревшие и деформированные от перегрузки, они могут не размыкаться до конца, сохраняя пусть и большое, но сопротивление, через которое потечет ток.

Тем не менее, такие случаи редкость. А вот в современных автомобилях со сложными системами управления бортовыми потребителями цепи коммутируется полупроводниками, а не классическими реле. А любой полупроводник имеет и обратный ток – в коммутирующих транзисторах он мизерной величины, но при неисправности возрастает до ощутимых значений, не говоря уже о случаях пробоя транзистора, когда нагрузка перестает отключаться от питания.

Видео: Поиск утечки тока в автомобиле

Диагностика автомобилей | АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСХЕМЫ

Если всё питание потребителей электроэнергии в автомобиле будет осуществляться только от аккумулятора, то из-за большого потребления тока его разрядка происходит достаточно быстро. Для поддержания аккумулятора в заряженном состоянии его заряжают от генератора, приводимого в действие, обычно ременной передачей от коленчатого вала двигателя через шкивы.

Генератор в автомобилях установлен переменного тока. При намерении установить дополнительное электрооборудование проверьте, чтобы мощности генератора (Ватт) было достаточно для его питания. Элементами составляющими основу генератора являются статор, ротор, выпрямитель, щетки коллектора, подшипники, шкив ремня и электронный регулятор напряжения.

Генератор, сам по себе, вырабатывает трехфазный с переменным напряжением ток, который недопустимо использовать в бортовых сетях автомобиля, а так же для зарядки аккумуляторной батареи. Для того в генераторе установлены диодные выпрямители, на каждую фазу (три обмотки в генераторе), которые преобразуют трехфазный переменный ток в импульсный постоянный. Затем напряжение корректируется встроенным электронным регулятором.

При вращении ротора генератора электрический ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает вокруг полюсов ротора магнитные потоки. При смещении ротора под каждым зубцом статора проходит то северный, то южный полюс ротора – создаётся магнитный поток, который проходя через зубцы статора, колеблется по величине и напряжению. Созданный таким образом переменный магнитный поток передаёт в обмотку статора электродвижущую силу. Клинообразную форму полюсных наконечников ротора подбирали таким образом, чтобы получить форму кривой, близкую к синусоидальной для электродвижущей силы.

Поскольку вырабатываемое генератором напряжение зависит от частоты вращения, то для двигателей с различной частотой вращения коленчатого вала применяются шкивы различного диаметра. Но полностью проблемы с перенапряжением, при больших оборотах, это не решает. Для этого существует регулятор напряжения.

При больших оборотах вращения ротора генератора, когда напряжение генератора превышает 13,6–14,6 В, регулятор напряжения запирает ток через обмотку возбуждения ротора. Напряжение генератора снижается, регулятор отпирается когда обороты падают и снова пропускает ток для обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения у ротора генератора, тем больше находится в запертом состоянии регулятор, следовательно, тем сильнее снижается напряжение на выходе генератора, соответственно и нагрузка на обмотки статора. Процесс отпирания и запирания регулятора происходит с высокой частотой и колебания напряжения на выходе генератора практически незаметны, и его можно считать постоянным, поддерживаемым в рамках 13,6–14,6 В.

Постоянного напряжения генератор вырабатывает около 14 В, а для электрооборудования  автомобиля достаточно напряжения 12 В, поэтому разность напряжений используется для подзарядки аккумулятора. Передаточное отношение шкивов генератора и коленчатого вала подобрано таким, что уже при оборотах коленчатого вала двигателя на холостом ходу должна обеспечиваться зарядка аккумулятора.

При диагностике генератора и при эксплуатации автомобиля вообще, необходимо соблюдать простые правила, чтобы генератор не вышел из строя:

– не допускать отсоединения зажима аккумулятора от генератора. Без аккумулятора в электросети автомобиля создаются опасные импульсы перенапряжения при отключении какого-либо электрооборудования. Это импульсные перенапряжение может вывести из строя электронное оборудование автомобиля, в том числе диоды выпрямительного блока или регулятор напряжения генератора;

– нельзя проверять работу генератора «на искру», даже кратковременным соединением «плюса» зажима генератора с «массой». Так как через диоды начинает протекать значительный ток, и они выходят из строя. Проконтролировать напряжение выходящее с генератора можно только вольтметром;

– отрицательная клемма аккумулятора всегда должна быть в соединении с «массой» автомобиля, а положительная – на зажиме генератора. Переполюсовка батареи немедленно вызывает прохождение тока большой силы через диоды генератора, и они выходят из строя;

– недопустимо проверять целостность диодов напряжением более 12 В или мегомметром, так как мегомметр имеет слишком высокое для них напряжение (более 1000 В) – при проверке произойдёт пробой (короткое замыкание). На время проверки изоляции электропроводки мегомметром обязательно отсоединять все провода подключенные к генератору;

– так же необходимо отсоединять все провода подключенные к генератору и аккумулятору при электросварке деталей кузова;

– работы по проверке цепей и узлов электрооборудования и устранение неисправностей необходимо проводить при неработающем двигателе и отсоединенном аккумуляторе. Возможные неисправности системы зарядки приведены в табл. 1

Таблица

Неисправности системы электроснабжения,  их возможные причины и методы устранения.

Электрический двигатель — Electric motor

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

Анимация, показывающая работу щеточного электродвигателя постоянного тока.

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

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

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

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

Вид в разрезе через статор асинхронного двигателя.

История

Ранние моторы

Электромагнитный эксперимент Фарадея, 1821 г.

Первые электродвигатели были простыми электростатическими устройствами, описанными в экспериментах шотландского монаха Эндрю Гордона и американского экспериментатора Бенджамина Франклина в 1740-х годах. Теоретический принцип, лежащий в их основе, закон Кулона , был открыт, но не опубликован, Генри Кавендишем в 1771 году. Этот закон был независимо открыт Шарлем-Огюстеном де Кулоном в 1785 году, который опубликовал его, так что теперь он известен под его именем. Изобретение Алессандро Вольта в 1799 году электрохимической батареи сделало возможным производство постоянных электрических токов. После открытия взаимодействия такого тока и магнитного поля, а именно электромагнитное взаимодействия по Эрстедам в 1820 году значительного прогресса в ближайшее время было сделано. Андре-Мари Амперу потребовалось всего несколько недель, чтобы разработать первую формулировку электромагнитного взаимодействия и представить силовой закон Ампера , описывающий возникновение механической силы при взаимодействии электрического тока и магнитного поля. Первая демонстрация эффекта вращательного движения была дана Майклом Фарадеем в 1821 году. Свободно висящий провод был погружен в бассейн с ртутью, на который был помещен постоянный магнит (ПМ) . Когда через провод пропускался ток, он вращался вокруг магнита, показывая, что ток порождал близкое круговое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в физических экспериментах, заменяя (токсичную) ртуть рассолом . Колесо Барлоу было ранним усовершенствованием этой демонстрации Фарадея, хотя эти и подобные униполярные двигатели оставались непригодными для практического применения до конца века.

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

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

Двигатели постоянного тока

Первый коммутаторный электродвигатель постоянного тока, способный вращать механизмы, был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1832 году. Следуя работе Стерджена, американский изобретатель Томас Дэвенпорт построил электродвигатель постоянного тока коммутаторного типа , который он запатентовал в 1837 году. со скоростью до 600 оборотов в минуту, а также механизированные станки и печатный станок. Из-за высокой стоимости энергии первичной батареи двигатели были коммерчески неудачными и обанкротились Davenport. Несколько изобретателей последовали за Sturgeon в разработке двигателей постоянного тока, но все столкнулись с одними и теми же проблемами стоимости батарей. Поскольку в то время не было системы распределения электроэнергии, для этих двигателей не существовало практического коммерческого рынка.

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

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

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

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

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

В 1886 году Фрэнк Джулиан Спраг изобрел первый практический двигатель постоянного тока, неискрящее устройство, которое поддерживало относительно постоянную скорость при переменных нагрузках. Другие электрические изобретения Sprague примерно в это время значительно улучшили распределение электроэнергии в сети (предыдущая работа была проделана, когда использовалась Томасом Эдисоном ), позволили вернуть энергию от электродвигателей в электрическую сеть, обеспечив ее распределение между тележками через воздушные провода и опору троллейбуса. и предоставили системы управления электрическими операциями. Это позволило Спрэгу использовать электродвигатели для изобретения первой системы электрических тележек в 1887–88 годах в Ричмонде, штат Вирджиния , электрического лифта и системы управления в 1892 году, а также электрического метро с вагонами с независимым приводом и централизованным управлением. Последние были впервые установлены в 1892 году в Чикаго на южной стороне надземной железной дороги , где они стали широко известны как « L ». Двигатель Спрэга и связанные с ним изобретения вызвали взрыв интереса к электродвигателям в промышленности. Разработка электродвигателей приемлемого КПД была отложена на несколько десятилетий из-за непонимания чрезвычайной важности воздушного зазора между ротором и статором. Эффективные конструкции имеют сравнительно небольшой воздушный зазор. Мотор Сент-Луиса, долгое время использовавшийся в классах для иллюстрации принципов работы двигателя, крайне неэффективен по той же причине, а также не похож на современный мотор.

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

Двигатели переменного тока

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

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

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

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

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

Составные части

Ротор электродвигателя (слева) и статор (справа)

Ротор

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

Подшипники

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

Статора

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

Воздушный зазор

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

Явнополюсный ротор

Обмотки

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

Электромашины бывают двух основных конфигураций полюсов магнитного поля: явнополюсных и несимметричных . В явнополюсной машине магнитное поле полюса создается обмоткой, намотанной вокруг полюса под лицевой стороной полюса. В машине с несоциальными полюсами , с распределенным полем или с круглым ротором обмотка распределена в пазах на торцах полюсов . Затененной-полюсный двигатель имеет обмотку вокруг части полюса , что задержки фазы магнитного поля для этого полюса.

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

Коммутатор

Маленький двигатель постоянного тока игрушки с его коммутатором

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

Электропитание и управление двигателем

Питание двигателя

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

Блок управления двигателем

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

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

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

Термин «электронный коммутатор» обычно ассоциируется с автономными бесщеточными двигателями постоянного тока и реактивными реактивными двигателями .

Основные категории

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

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

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

Электродвигатели переменного тока бывают асинхронными или синхронными.

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

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

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

Основные категории
по
типу коммутации двигателя
Самостоятельно коммутируемый С внешней коммутацией
Механические
коллекторные двигатели
ЭЛЕКТРОННО
Коллектор (EC)
Motors

Асинхронные
машины

Синхронные
машины 2
AC ОКРУГ КОЛУМБИЯ AC 5 , 6 AC 6

Двигатель постоянного тока с электрическим возбуждением:
  • Отдельно
    взволнован
  • Серии
  • Шунт
  • Соединение

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

С ротором PM:

С ферромагнитным ротором:

Трехфазные двигатели:

Двигатели переменного тока: 10

Трехфазные двигатели:
  • WRSM
  • PMSM или
    BLAC двигатель
  • Гибридный

Двигатели переменного тока: 10

  • Постоянно разделенный
    конденсатор
  • Гистерезис
  • Шаговый
  • SyRM
  • SyRM-PM гибрид
Простая электроника Выпрямитель,
линейный транзистор (ы)
или прерыватель постоянного тока
Более сложная
электроника
Самая сложная
электроника ( ЧРП ), если таковая имеется

Примечания:

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

Сокращения:

Самокоммутируемый двигатель

Матовый двигатель постоянного тока

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

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

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

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

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

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

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

Машины постоянного тока определяются следующим образом:

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

Есть пять типов щеточных двигателей постоянного тока:

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

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

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

Электродвигатель с электронным коммутатором (EC)

Бесщеточный двигатель постоянного тока

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

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

Двигатели BLDC обычно используются там, где необходимо точное управление скоростью, например, в дисководах компьютеров или кассетных видеомагнитофонах, шпинделях в приводах компакт-дисков, CD-ROM (и т. Д.), А также механизмах в офисных изделиях, таких как вентиляторы, лазерные принтеры и т. копировальные аппараты. У них есть несколько преимуществ перед обычными моторами:

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

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

Коммутируемый реактивный двигатель
6/4 полюсный реактивный электродвигатель

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

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

SRM используются в некоторых приборах и транспортных средствах.

Универсальный двигатель переменного / постоянного тока

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

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

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

Преимущество универсального двигателя состоит в том, что источники питания переменного тока могут использоваться на двигателях, которые имеют некоторые характеристики, более общие для двигателей постоянного тока, в частности, высокий пусковой момент и очень компактную конструкцию, если используются высокие скорости вращения. Отрицательный аспект — проблемы с обслуживанием и недолгий срок службы коммутатора. Такие двигатели используются в устройствах, таких как миксеры для пищевых продуктов и электроинструменты, которые используются только с перерывами и часто требуют высокого пускового момента. Несколько ответвлений на катушке возбуждения обеспечивают (неточное) ступенчатое регулирование скорости. Бытовые блендеры, рекламирующие множество скоростей, часто сочетают в себе катушку возбуждения с несколькими ответвлениями и диод, который можно вставить последовательно с двигателем (в результате чего двигатель работает от полуволнового выпрямленного переменного тока). Универсальные двигатели также поддаются электронной регулировке скорости и, как таковые, являются идеальным выбором для таких устройств, как бытовые стиральные машины. Двигатель можно использовать для перемешивания барабана (как вперед, так и назад), переключая обмотку возбуждения относительно якоря.

В то время как SCIM не могут вращать вал быстрее, чем разрешено частотой линии электропередачи, универсальные двигатели могут работать на гораздо более высоких скоростях. Это делает их полезными для таких приборов, как блендеры, пылесосы и фены, где желательны высокая скорость и малый вес. Они также обычно используются в портативных электроинструментах, таких как дрели, шлифовальные машины, циркулярные и лобзиковые пилы, где характеристики двигателя хорошо работают. Моторы многих пылесосов и триммеров превышают 10 000 об / мин , в то время как многие аналогичные миниатюрные измельчители превышают 30 000 об / мин .

Машина переменного тока с внешней коммутацией

Конструкция асинхронных и синхронных двигателей переменного тока оптимизирована для работы от однофазной или многофазной синусоидальной или квазисинусоидальной мощности, такой как питание с фиксированной скоростью от сети переменного тока или с регулируемой скоростью от контроллеров VFD. Двигатель переменного тока состоит из двух частей: неподвижного статора с катушками, на которые подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля, и ротора, прикрепленного к выходному валу, которому крутящий момент создается вращающим полем.

Индукционный двигатель

Большой асинхронный двигатель переменного тока мощностью 4500 л.с.
Асинхронный двигатель с сепаратором и ротором

Асинхронный двигатель — это асинхронный двигатель переменного тока, в котором мощность передается на ротор за счет электромагнитной индукции, подобно действию трансформатора. Асинхронный двигатель напоминает вращающийся трансформатор, потому что статор (неподвижная часть) по существу является первичной стороной трансформатора, а ротор (вращающаяся часть) — вторичной стороной. Многофазные асинхронные двигатели широко используются в промышленности.

Асинхронные двигатели могут быть далее разделены на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и асинхронные двигатели с фазным ротором (WRIM). SCIM имеют тяжелую обмотку, состоящую из сплошных стержней, обычно из алюминия или меди, электрически соединенных кольцами на концах ротора. Если рассматривать только стержни и кольца в целом, они очень похожи на вращающуюся клетку для упражнений животного, отсюда и название.

Наведенные в эту обмотку токи создают магнитное поле ротора. Форма стержней ротора определяет скоростные характеристики. На низких скоростях ток, наводимый в короткозамкнутой клетке, близок к линейной частоте и имеет тенденцию быть во внешних частях клетки ротора. По мере ускорения двигателя частота скольжения становится ниже, и внутри обмотки проходит больший ток. Путем придания стержням формы для изменения сопротивления частей обмотки во внутренней и внешней частях клетки эффективно вводится переменное сопротивление в цепь ротора. Однако у большинства таких моторов стержни одинаковые.

В WRIM обмотка ротора состоит из множества витков изолированного провода и соединена с контактными кольцами на валу двигателя. В цепь ротора можно подключить внешний резистор или другие устройства управления. Резисторы позволяют управлять скоростью двигателя, хотя значительная мощность рассеивается на внешнем сопротивлении. Преобразователь может питаться от цепи ротора и возвращать энергию со скользящей частотой, которая в противном случае была бы потеряна, обратно в энергосистему через инвертор или отдельный двигатель-генератор.

WRIM используется в основном для запуска нагрузки с высоким моментом инерции или нагрузки, которая требует очень высокого пускового момента во всем диапазоне скоростей. При правильном выборе резисторов, используемых во вторичном резисторе или пускателе с контактным кольцом, двигатель может создавать максимальный крутящий момент при относительно низком токе питания от нулевой до полной скорости. Этот тип двигателя также обеспечивает регулируемую скорость.

Скорость двигателя можно изменить, поскольку кривая крутящего момента двигателя эффективно изменяется за счет величины сопротивления, подключенного к цепи ротора. Увеличение значения сопротивления приведет к уменьшению скорости максимального крутящего момента. Если сопротивление, подключенное к ротору, увеличивается за пределами точки, где максимальный крутящий момент возникает при нулевой скорости, крутящий момент будет еще больше уменьшен.

При использовании нагрузки, кривая крутящего момента которой увеличивается с увеличением скорости, двигатель будет работать на скорости, при которой крутящий момент, развиваемый двигателем, равен крутящему моменту нагрузки. Уменьшение нагрузки приведет к ускорению двигателя, а увеличение нагрузки приведет к замедлению двигателя до тех пор, пока нагрузка и крутящий момент двигателя не станут равными. При таком использовании потери скольжения рассеиваются на вторичных резисторах и могут быть очень значительными. Регулировка скорости и полезная эффективность тоже очень плохие.

Моментный двигатель

Моментный двигатель — это особый вид электродвигателя, который может работать неограниченное время в остановленном состоянии, то есть с заблокированным от вращения ротором, без повреждения. В этом режиме работы двигатель будет прикладывать постоянный крутящий момент к нагрузке (отсюда и название).

Обычно моментный двигатель используется для двигателей подающей и приемной катушек в ленточном накопителе. В этом приложении, приводимом в действие низким напряжением, характеристики этих двигателей позволяют приложить к ленте относительно постоянное легкое натяжение независимо от того, протягивает ли ведущая лента мимо головок ленты. Управляемые более высоким напряжением (и, таким образом, обеспечивающие более высокий крутящий момент), моментные двигатели также могут выполнять операции быстрой перемотки вперед и назад, не требуя каких-либо дополнительных механизмов, таких как шестерни или сцепления. В мире компьютерных игр моментные двигатели используются в рулевых колесах с обратной связью по усилию.

Другим распространенным применением является управление дроссельной заслонки внутреннего сгорания двигателя в сочетании с электронным регулятором. В этом случае двигатель работает против возвратной пружины для перемещения дроссельной заслонки в соответствии с выходной мощностью регулятора. Последний контролирует частоту вращения двигателя, считая электрические импульсы от системы зажигания или от магнитного датчика, и, в зависимости от скорости, вносит небольшие изменения в величину тока, подаваемого на двигатель. Если двигатель начинает замедляться относительно желаемой скорости, ток будет увеличиваться, двигатель будет развивать больший крутящий момент, натягиваясь на возвратную пружину и открывая дроссельную заслонку. Если двигатель работает слишком быстро, регулятор снизит ток, подаваемый на двигатель, в результате чего возвратная пружина отодвинется и закроет дроссельную заслонку.

Синхронный двигатель

Синхронный электродвигатель — это электродвигатель переменного тока, отличающийся тем, что ротор вращается с катушками, пропускающими магниты с той же скоростью, что и электродвигатель переменного тока, что приводит к возникновению магнитного поля, которое приводит в движение его. Другими словами, он имеет нулевое скольжение в обычных условиях эксплуатации. Сравните это с асинхронным двигателем, который должен проскальзывать для создания крутящего момента. Один тип синхронного двигателя похож на асинхронный двигатель, за исключением того, что ротор возбуждается полем постоянного тока. Контактные кольца и щетки используются для подачи тока к ротору. Полюса ротора соединяются друг с другом и движутся с одинаковой скоростью, отсюда и название синхронный двигатель. Другой тип, для низкого крутящего момента нагрузки, имеет плоские поверхности, заточенные на обычный ротор с короткозамкнутым ротором для создания дискретных полюсов. Еще один, например, сделанный Hammond для своих часов до Второй мировой войны, и в более старых органах Hammond, не имеет обмоток ротора и дискретных полюсов. Это не запускается автоматически. Часы требуют ручного запуска с помощью небольшой ручки на задней панели, в то время как старые органы Hammond имели вспомогательный пусковой двигатель, подключенный с помощью подпружиненного переключателя с ручным управлением.

Наконец, гистерезисные синхронные двигатели обычно (по существу) двухфазные двигатели с фазосдвигающим конденсатором для одной фазы. Они запускаются как асинхронные двигатели, но когда скорость скольжения значительно уменьшается, ротор (гладкий цилиндр) временно намагничивается. Благодаря распределенным полюсам он действует как синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM). Материал ротора, как и у обычного гвоздя, останется намагниченным, но его также можно размагнитить без особых усилий. После запуска полюса ротора остаются на своих местах; они не дрейфуют.

Маломощные синхронные синхронизирующие двигатели (например, для традиционных электрических часов) могут иметь многополюсные внешние чашечные роторы с постоянными магнитами и использовать затеняющие катушки для обеспечения пускового момента. Двигатели с телехронными часами имеют заштрихованные полюса для пускового момента и двухспицевый кольцевой ротор, который работает как дискретный двухполюсный ротор.

Электромашина с двойным питанием

Электродвигатели с двойным питанием имеют два независимых набора многофазных обмоток, которые вносят активную (т. Е. Рабочую) мощность в процесс преобразования энергии, причем по меньшей мере один из наборов обмоток управляется электроникой для работы с переменной скоростью. Два независимых набора многофазных обмоток (т. Е. Двойной якорь) — это максимум, предоставляемый в одном корпусе без дублирования топологии. Электродвигатели с двойным питанием — это машины с эффективным диапазоном скоростей с постоянным крутящим моментом, который в два раза превышает синхронную скорость для данной частоты возбуждения. Это вдвое больше диапазона скоростей с постоянным крутящим моментом , чем у электрических машин с однополярным питанием , которые имеют только одну активную обмотку.

Двигатель с двойным питанием позволяет использовать электронный преобразователь меньшего размера, но стоимость обмотки ротора и контактных колец может компенсировать экономию на компонентах силовой электроники. Трудности с контролем скорости в приложениях с ограничением синхронной скорости.

Специальные магнитные двигатели

Роторный

Двигатель без сердечника или железа с ротором
Миниатюрный двигатель без сердечника

Ничто в принципе любого из описанных выше двигателей не требует, чтобы железные (стальные) части ротора действительно вращались. Если магнитомягкий материал ротора выполнен в виде цилиндра, то (за исключением эффекта гистерезиса) крутящий момент действует только на обмотки электромагнитов. Преимущество этого факта — двигатель постоянного тока без сердечника или железа , специализированная форма двигателя постоянного тока с постоянными магнитами. Эти двигатели, оптимизированные для быстрого разгона , имеют ротор без железного сердечника. Ротор может иметь форму цилиндра, заполненного обмоткой, или самонесущей конструкции, содержащей только магнитный провод и связующий материал. Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитомягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Во второй конструкции корзина обмотки ротора окружает магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитомягкого цилиндра, который может служить корпусом для двигателя, а также обеспечивает обратный путь для магнитного потока.

Поскольку ротор намного легче по весу (массе), чем обычный ротор, сформированный из медных обмоток на стальных пластинах, ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени менее одной миллисекунды. Это особенно верно, если в обмотках используется алюминий, а не более тяжелая медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, которая могла бы служить радиатором, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом. Перегрев может быть проблемой для двигателей постоянного тока без сердечника. Современное программное обеспечение, такое как Motor-CAD , может помочь повысить тепловой КПД двигателей еще на стадии проектирования.

Среди этих типов есть типы дискового ротора, более подробно описанные в следующем разделе.

Виброзвонок сотовых телефонов иногда генерируются крошечными цилиндрическими типами постоянных магнитов на местах, но есть и дискообразные типы , которые имеют тонкий многополярное поле диска магнит, и преднамеренно несбалансированная литой пластиковая конструкция ротора с двумя скрепленными тигельными катушками. Металлические щетки и плоский коммутатор переключают питание на катушки ротора.

Соответствующие приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высокой магнитной индукцией. Это быстрые позиционеры головки для жестких дисков («жестких дисков»). Хотя современный дизайн значительно отличается от громкоговорителей, он все еще свободно (и неправильно) называется структурой «звуковой катушки», потому что некоторые более ранние головки жесткого диска двигались по прямым линиям и имели структуру привода, очень похожую на это громкоговоритель.

Блинный или осевой роторный двигатель

Печатный якорь или двигатель-блинчик имеет обмотки в форме диска, движущиеся между массивами магнитов с большим магнитным потоком. Магниты расположены по кругу, обращенному к ротору, с промежутком между ними, образуя осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как мотор-блин из-за ее плоского профиля. С момента своего создания у технологии было много торговых марок, таких как ServoDisc.

Якорь с печатным рисунком (первоначально сформированный на печатной плате) в двигателе с печатным якорем сделан из перфорированных медных листов, которые ламинированы вместе с использованием современных композитных материалов, чтобы сформировать тонкий жесткий диск. Печатный якорь имеет уникальную конструкцию в мире щеточных двигателей, так как не имеет отдельного кольцевого коммутатора. Щетки движутся непосредственно по поверхности якоря, что делает всю конструкцию очень компактной.

Альтернативный метод производства заключается в использовании намотанной медной проволоки, уложенной плоско с центральным обычным коммутатором, в форме цветка и лепестка. Обмотки обычно стабилизируются электрическими системами заливки эпоксидной смолой. Это эпоксидные смолы с наполнителем, которые имеют умеренную смешанную вязкость и длительное время гелеобразования. Они отличаются низкой усадкой и низким экзотермическим эффектом и, как правило, признаны UL 1446 в качестве заливочного компаунда с изоляцией до 180 ° C, класс H.

Уникальным преимуществом двигателей постоянного тока без железа является отсутствие зубцов (изменения крутящего момента, вызванные изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку он полностью не содержит железа, хотя железные роторы являются слоистыми. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с регулируемой скоростью должны использовать более высокую частоту переключения (> 40 кГц) или постоянный ток из-за уменьшения электромагнитной индукции .

Эти двигатели были первоначально изобретены для привода приводов магнитных лентопротяжных устройств, где минимальное время для достижения рабочей скорости и минимальный тормозной путь были критическими. Блинные двигатели широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системах, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских устройствах. Благодаря разнообразию конструкций, доступных в настоящее время, технология используется в приложениях, от высокотемпературных военных до недорогих насосов и базовых сервоприводов.

Другой подход (Magnax) заключается в использовании одного статора, зажатого между двумя роторами. Одна такая конструкция обеспечивает пиковую мощность 15 кВт / кг, устойчивую мощность около 7,5 кВт / кг. Этот двигатель с осевым потоком без ярма обеспечивает более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси. Конструкция допускает нулевой вылет обмотки; Активны 100 процентов обмоток. Это усилено использованием медного провода прямоугольного сечения. Двигатели можно штабелировать для параллельной работы. Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора прикладывают равные и противоположные силы к диску статора. Роторы соединены напрямую друг с другом через кольцо вала, компенсируя магнитные силы.

Размеры двигателей Magnax варьируются от 0,15 до 5,4 метра (5,9–17 футов 8,6 дюйма) в диаметре.

Серводвигатель

Серводвигатель — это двигатель, который очень часто продается в виде готового модуля, который используется в системе управления положением или скоростью с обратной связью. Серводвигатели используются в таких приложениях, как станки, перьевые плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизмах, должны иметь хорошо задокументированные характеристики скорости, крутящего момента и мощности. Кривая зависимости скорости от крутящего момента очень важна и является высоким соотношением для серводвигателя. Также важны характеристики динамического отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают общую производительность контура сервомеханизма. В больших, мощных, но медленно реагирующих контурах сервоприводов могут использоваться обычные двигатели переменного или постоянного тока и приводные системы с обратной связью по положению или скорости на двигателе. По мере увеличения требований к динамическому отклику используются более специализированные конструкции двигателей, такие как двигатели без сердечника. Превосходная удельная мощность и характеристики ускорения двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока имеют тенденцию способствовать применению синхронных приводов с постоянными магнитами, BLDC, индукционных приводов и приводов SRM.

Сервосистема отличается от некоторых приложений с шаговыми двигателями тем, что обратная связь по положению работает непрерывно, пока двигатель работает. Шаговая система по своей сути работает с разомкнутым контуром, полагаясь на двигатель, который не «пропускает шаги» для кратковременной точности, с любой обратной связью, такой как «исходный» переключатель или датчик положения, являющиеся внешними по отношению к двигательной системе. Например, когда запускается типичный компьютерный принтер с точечной матрицей, его контроллер заставляет шаговый двигатель печатающей головки приводиться в крайнее левое положение, где датчик положения определяет исходное положение и прекращает работу. Пока питание включено, двунаправленный счетчик в микропроцессоре принтера отслеживает положение печатающей головки.

Шаговый двигатель
Показан шаговый двигатель с ротором из мягкого железа с активными обмотками. В «А» активные обмотки стремятся удерживать ротор на месте. В «B» другой набор обмоток проводит ток, который создает крутящий момент и вращение.

Шаговые двигатели — это тип двигателей, который часто используется, когда требуется точное вращение. В шаговом двигателе внутренний ротор, содержащий постоянные магниты, или магнитно-мягкий ротор с явными полюсами управляется набором внешних магнитов, которые переключаются электронно. Шаговый двигатель также можно рассматривать как нечто среднее между электродвигателем постоянного тока и вращающимся соленоидом. Поскольку каждая катушка поочередно получает питание, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения под напряжением. В отличие от синхронного двигателя, шаговый двигатель не может вращаться постоянно; вместо этого он «шагает» — запускается и затем быстро останавливается — от одного положения к другому, поскольку обмотки возбуждения последовательно включаются и отключаются. В зависимости от последовательности, ротор может вращаться вперед или назад, и он может произвольно менять направление, останавливаться, ускоряться или замедляться в любое время.

Простые драйверы шаговых двигателей полностью включают или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к «зубчатому» перемещению в ограниченное количество положений; более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток возбуждения, позволяя роторам располагаться между точками шестерен и, таким образом, вращаться чрезвычайно плавно. Такой режим работы часто называют микрошагом . Шаговые двигатели с компьютерным управлением — одна из самых универсальных форм систем позиционирования, особенно когда они являются частью цифровой системы с сервоуправлением .

Шаговые двигатели можно легко поворачивать на определенный угол дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели используются для позиционирования головки чтения / записи в дисководах компьютерных гибких дисков. Они использовались с той же целью в компьютерных дисковых накопителях до гигабайтной эры, где точность и скорость, которые они предлагали, были достаточными для правильного позиционирования головки чтения / записи жесткого диска. По мере увеличения плотности накопителей, ограничения точности и скорости шаговых двигателей сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение точности сделало их непригодными для использования, а ограничение скорости сделало их неконкурентоспособными — таким образом, в новых жестких дисках используются системы привода головки на основе звуковой катушки. (Термин «звуковая катушка» в этой связи является историческим; он относится к структуре в типичном (конусном) громкоговорителе. Эта структура некоторое время использовалась для размещения головок. Современные приводы имеют поворотное крепление катушки; катушка вращается вперед и назад, что-то вроде лопасти вращающегося вентилятора. Тем не менее, как и звуковая катушка, современные проводники катушки исполнительного механизма (магнитный провод) движутся перпендикулярно магнитным силовым линиям.)

Шаговые двигатели были и до сих пор часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых копировальных аппаратах для перемещения оптического сканирующего элемента, каретки печатающей головки (точечных и струйных принтеров), а также валика или подающих роликов. Точно так же многие компьютерные плоттеры (которые с начала 1990-х были заменены широкоформатными струйными и лазерными принтерами) использовали вращающиеся шаговые двигатели для перемещения пера и валика; типичными альтернативами здесь были либо линейные шаговые двигатели, либо серводвигатели с аналоговыми системами управления с обратной связью.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат самые маленькие обычные шаговые двигатели; у них одна катушка, они потребляют очень мало энергии и имеют ротор с постоянными магнитами. Такой же двигатель приводит в действие кварцевые часы с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, например хронографы, содержат более одного шагового двигате

Переменный ток это — советы электрика

Постоянный или переменный ток

  1. Постоянный ток
  2. Переменный ток
  3. Виды и параметры розеток
  4. Как измерить переменное напряжение в розетке

Люди уже давно пользуются электричеством и практически никогда не задаются вопросом, какой ток в розетке – переменный или постоянный. Ответ достаточно простой, поскольку 98% всей производимой электроэнергии относится к переменному току. Такое преимущество объясняется легкостью производства и возможностью передачи на большие расстояния по сравнению с постоянным током. Во время передачи величина напряжения переменного тока может неоднократно повышаться или понижаться. Таким образом, большинство розеток работают с переменным током. Но, существует немало потребителей из области электроники, работающих от постоянного тока, напряжением от 6 до 12 вольт.

Постоянный ток

Понятие электрического тока заключается в упорядоченном движении заряженных частиц, на которые оказывают воздействие силы электрического поля или другие сторонние силы. Направлением тока считается направление, в котором двигаются положительно заряженные частицы.

Если значение силы электрического тока и его направление остаются неизменными, данный ток считается постоянным. Для его существования необходимы свободные заряженные частицы, а также источник тока, преобразующий энергию в энергетику электрического поля.

Под действием сторонних сил в замкнутой цепи происходит перемещение заряженных частиц. Их возникновение обусловлено разными причинами. Например, для аккумуляторов и гальванических элементов это будут химические реакции. Генераторы вырабатывают ток с использованием проводника, движущегося в магнитном поле.

В фотоэлементах свет воздействует на электроны полупроводников и металлов.

Постоянный ток применяется в промышленности, облегчая запуск оборудования с большим пусковым моментом. Электродвигатели постоянного тока используются для плавной регулировки скорости, с их помощью значительно сглаживается пусковой момент. Постоянный ток вырабатывается аккумуляторами и батарейками. Его величина может колебаться от 6 до 24 вольт.

Переменный ток

В отличие от постоянного тока, переменный обладает способностью изменяться по направлению и величине через одинаковые промежутки времени. Он вырабатывается генераторами переменного тока. В которых возникновение электродвижущей силы происходит под действием электромагнитной индукции.

Переменный ток широко применяется в различных областях, благодаря возможности преобразовывать его силу и напряжение с минимальными потерями энергии. Он может быть однофазным и трехфазным. В последнем случае электрическая система включает в себя три цепи с одинаковой частотой и ЭДС, сдвинутые между собой по фазе на 120 градусов.

С помощью переменного тока стала возможной передача электрической энергии на большие расстояния. Во время проводной передачи возникают определенные потери в количестве, пропорциональном квадрату тока. Чтобы снизить потери, необходимо уменьшение напряжения.

Обратите внимание

Сниженный ток вызывает необходимость в существенном повышении напряжения. Поэтому электроэнергия передается на дальние расстояния только при наличии высокого напряжения.

Преобразование токов до необходимых параметров осуществляется с помощью трансформаторов, представляющих собой электромагнитные аппараты понижающего или повышающего типа.

Виды и параметры розеток

Электрические розетки являются достаточно простыми устройствами. Тем не менее, они обладают важными функциями, прежде всего, обеспечивают надежный контакт между бытовыми приборами и электросетью.

Розетки надежно защищают от прикосновений к токоведущим частям, обеспечивают надежную изоляцию.

В большинстве современных моделей розеток присутствует функция защитного заземления, выполняемая отдельным контактом.

Все электрические розетки разделяются на несколько типов. В соответствии с применяемым креплением, они могут быть открытыми или скрытыми. Например, наружная проводка требует накладных розеток открытого типа.

Они просты в установке и не требуют отверстий для подрозетников.

Встроенные модели розеток отличаются привлекательны внешним видом, надежным креплением и высокой степенью защиты от поражения электротоком за счет расположения токоведущих частей в глубине стены.

Розетки различаются между собой и по величине тока. Большинство современных розеток рассчитано на ток в 6, 10 и 16 ампер. Максимальный ток старых советских моделей составлял всего 6,3 ампера.

Важно

Потребители с повышенной мощностью подключаются к специальным розеткам, обладающих высокой стойкостью к большим токам. Как правило, это стационарное оборудование.

Максимально допустимый ток розетки должен соответствовать мощности потребителя, подключаемого к электрической сети.

Как измерить переменное напряжение в розетке

Чем постоянный ток отличается от переменного и как преобразовывается?

Постоянный электрический ток — это движение частиц с зарядом в определенном направлении. То есть его напряжение или сила (характеризующие величины) имеют одно и то же значение и направление. Это то, чем постоянный ток отличается от переменного. Но рассмотрим все по порядку.

История появления и «войны токов»

Постоянный ток раньше называли гальваническим из-за того, что его открыли в результате гальванической реакции. Томас Эдисон пробовал передавать его по линиям электрических передач. В то время велись нешуточные споры между учеными по этому вопросу. Они даже получили название «войны токов».

Решался вопрос о выборе в качестве основного, переменного или постоянного. «Борьба» была выиграна переменным видом, так как постоянный несет существенные потери, передаваясь на расстоянии. Зато трансформировать переменный вид не составляет никакого труда, это то, чем постоянный ток отличается от переменного.

Поэтому последний легко передавать даже на огромные расстояния.

Источники постоянного электрического тока

В качестве источников могут служить аккумуляторы или другие приборы, где он возникает посредством химической реакции.

Это и генераторы, где он получается в результате электромагнитной индукции, а после этого выпрямляется за счет коллектора.

Применение

В различных устройствах постоянный ток применяется довольно часто. С ним работают, например, многие бытовые приборы, зарядные устройства и генераторы автомобиля. Любой портативный аппарат запитывается от источника, вырабатавающего постоянный вид.

В промышленных масштабах его применяют в двигателях и аккумуляторах. А в некоторых странах им оснащают высоковольтные линии электропередач.

В медицине с помощью постоянного электрического тока проводят оздоровительные процедуры.

На железной дороге (для транспорта) используют и переменный, и постоянный виды.

Переменный ток

Чаще всего, впрочем, применяют именно его. Здесь среднее значение силы и напряжения за определенный период равны нулю. По величине и направлению он постоянно изменяется, причем с равными промежутками времени.

Чтобы вызвать переменный ток, используют генераторы, в которых во время электромагнитной индукции возникает электродвижущая сила. Это осуществляется при помощи магнита, вращаемого в цилиндре (роторе), и статора, выполненного в виде неподвижного сердечника с обмоткой.

Переменный ток используют в радио, телевидении, телефонии и многих других системах ввиду того, что его напряжение и силу возможно преобразовывать, почти не теряя энергию.

Широко применяют его и в промышленности, а также в целях освещения.

Он может быть однофазным и многофазным.

Переменный ток, который изменяется согласно синусоидальному закону, является однофазным. Он изменяется в течение определенного промежутка времени (периода) по величине и направлению. Частота переменного тока является числом периодов за секунду.

Во втором случае самое большое распространение получил трехфазный вариант. Это система из трех электроцепей, которые имеют одинаковую частоту и ЭДС, сдвинуты по фазе на 120 градусов. Ее используют для питания электрических двигателей, печей, осветительных приборов.

Многими разработками в сфере электричества и практическим их применением, а также воздействием на переменный ток высокой частоты человечество обязано великому ученому Николе Тесла. До сих пор не все его труды, оставшиеся потомкам, являются познанными.

Чем постоянный ток отличается от переменного и каков его путь от источника до потребителя?

Итак, переменным называют ток, способный меняться по направлению и величине в течение определенного времени. Параметры, на которые при этом обращают внимание, это частота и напряжение.

В России в бытовых электрических сетях подают переменный ток, имеющий напряжение 220 В и частоту 50 Гц. Частота переменного тока — это количество изменений направления частиц определенного заряда за секунду.

Получается, что при 50 Гц он меняет свое направление пятьдесят раз, в чем постоянный ток отличается от переменного.

Его источником являются розетки, к которым подключают бытовые приборы под различным напряжением.

Совет

Переменный ток начинает свое движение от электрических станций, где имеются мощные генераторы, откуда он выходит с напряжением от 220 до 330 кВ. Далее переходит в трансформаторные подстанции, которые находятся вблизи домов, предприятий и остальных конструкций.

В подстанции ток попадает под напряжением 10 кВ. Там он преобразовывается в трехфазное напряжение 380 В. Иногда с таким показателем ток переходит непосредственно на объекты (где организовано мощное производство). Но в основном его снижают до привычных во всех домах 220 В.

Преобразование

Понятно, что в розетках мы получаем переменный ток. Но часто для электрических приборов необходим постоянный вид. Для этой цели служат специальные выпрямители. Процесс состоит из следующих действий:

  • подключение моста с четырьмя диодами, имеющих необходимую мощность;
  • подключение фильтра или конденсатора на выход с моста;
  • подключение стабилизаторов напряжения для уменьшения пульсаций.

Преобразование может происходить как из переменного в постоянный ток, так и наоборот. Но последний случай будет реализовать значительно труднее. Потребуются инверторы, которые, помимо прочего, стоят совсем недешево.

Эти 10 мелочей мужчина всегда замечает в женщине Думаете, ваш мужчина ничего не смыслит в женской психологии? Это не так. От взгляда любящего вас партнера не укроется ни единая мелочь. И вот 10 вещей.

9 знаменитых женщин, которые влюблялись в женщин Проявление интереса не к противоположному полу не является чем-то необычным. Вы вряд ли сможете удивить или потрясти кого-то, если признаетесь в том.

7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.

10 загадочных фотографий, которые шокируют Задолго до появления Интернета и мастеров «Фотошопа» подавляющее большинство сделанных фото были подлинными. Иногда на снимки попадали поистине неверо.

11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.

Наперекор всем стереотипам: девушка с редким генетическим расстройством покоряет мир моды Эту девушку зовут Мелани Гайдос, и она ворвалась в мир моды стремительно, эпатируя, воодушевляя и разрушая глупые стереотипы.

Какой ток в обычной розетке: постоянный или переменный

Представить жилище современного человека без электрических розеток невозможно.

И поэтому многие хотят знать больше о силе, несущей цивилизации тепло и свет, заставляющей работать все наши электроприборы.

И начинают с вопроса: какой ток в нашей розетке, постоянный или переменный? И какой из них лучше? Чтобы ответить на вопрос, какой ток в розетке и чем обусловлен этот выбор, выясним, чем они отличаются.

Источники постоянного напряжения

Все эксперименты, проводимые учеными с электрическим током, начинались именно с него. Первые, еще примитивные, источники электроэнергии, подобные современным батарейкам, способны были выдавать именно постоянный ток.

Его основная особенность – неизменность величины тока в любой момент времени. Источниками, кроме гальванических элементов, являются специальные генераторы, аккумуляторы. Мощным источником постоянного напряжения является атмосферное электричество – разряды молний.

Источники переменного напряжения

В отличие от постоянного, величина переменного напряжения изменяется во времени по синусоидальному закону. Для него существует понятие периода – времени, за которое происходит одно полное колебание, и частоты – величины, обратной периоду.

В электрических сетях России принята частота переменного тока, равная 50 Гц. Но в некоторых странах эта величина равна 60 Гц. Это нужно учитывать при приобретении бытовых электроприборов и промышленного оборудования, хотя большая его часть прекрасно работает в обоих случаях. Но лучше в этом убедиться, прочитав инструкцию по эксплуатации.

Преимущества переменного тока

В наших розетках протекает переменный ток. Но почему именно он, чем он лучше постоянного?

Дело в том, что только величину переменного напряжения можно изменять с помощью преобразовательных устройств – трансформаторов. А делать это приходится многократно.

Теплоэлектростанции, гидроэлектростанции и атомные электростанции находятся далеко от потребителей. Возникает необходимость передачи больших мощностей на расстояния, исчисляемые сотнями и тысячами километров.

Обратите внимание

Провода линий электропередач имеют малое сопротивление, но все же оно присутствует. Поэтому ток, проходя по ним, нагревает проводники.

Более того, за счет разности потенциалов в начале и конце линии, к потребителю приходит меньшее напряжение, чем было на электростанции.

Бороться с этим явлением можно, либо уменьшив сопротивление проводов, либо снизив значение тока. Уменьшение сопротивления возможно только с увеличением сечением проводов, а это дорого, а порой – невозможно технически.

А вот уменьшить ток можно, увеличив значение напряжения линии. Тогда при передаче одной и той же мощности ток по проводам пойдет меньший. Уменьшаться потери на нагрев проводов.

Технически это выглядит так. От генераторов переменного тока электростанции напряжение подается на повышающий трансформатор. Например, 6/110 кВ. Далее по линии электропередач напряжением 110 кВ (сокращенно – ЛЭП-110 кВ) электрическая энергия отправляется до следующей распределительной подстанции.

Если эта подстанция предназначена для питания группы деревень в районе, то напряжение понижается до 10 кВ.

Если при этом нужно отправить весомую часть принятой мощности энергоемкому потребителю (например, комбинату или заводу), могут использоваться линии напряжением 35 кВ.

На узловых подстанциях для разделения напряжения между потребителями, находящихся на разном удалении и потребляющими разные мощности, используются трехобмоточные трансформаторы. В нашем примере это – 110/35/6 кВ.

Важно

Теперь напряжение, полученное на сельской подстанции, претерпевает новое преобразование. Его величина должна стать приемлемой для потребителя. Для этого мощность проходит через трансформатор 10/0,4 кВ. Напряжение между фазой и нулем линии, идущей к потребителю, становится равным 220 В. Оно и доходит до наших розеток.

Думаете, что это все? Нет. Для полупроводниковой техники, являющейся начинкой наших телевизоров, компьютеров, музыкальных центров эта величина не подойдет. Внутри них 220 В понижаются до еще меньшего значения. И преобразуется в постоянный ток.

Вот такая метаморфоза: передавать на большие расстояния лучше переменный ток, а нужен нам, в основном – постоянный.

Еще одно достоинство переменного тока: проще погасить электрическую дугу, неизбежно возникающую между размыкающимися контактами коммутационных аппаратов. Напряжение питания изменяется и периодически переходит через нулевое положение.

В этот момент дуга гаснет самостоятельно при соблюдении определенных условий. Для постоянного напряжения потребуется более серьезная защита от подгорания контактов.

Но при коротких замыканиях на постоянном токе повреждения электрооборудования от действия электрической дуги серьезнее и разрушительнее, чем на переменном.

Преимущества постоянного тока

Энергию от источников переменного напряжения нельзя хранить. Его можно использовать для зарядки аккумуляторной батареи, но выдавать она будет только постоянный ток. А что будет, если в силу каких-то причин остановится генератор на электростанции или оборвется линия питания села? Его жителям придется пользоваться фонариками на батарейках, чтобы не остаться в темноте.

Но и на электростанциях тоже есть источники постоянного напряжения – мощные аккумуляторные батареи. Ведь для того, чтобы запустить остановившееся из-за аварии оборудование, необходимо электричество. У механизмов, без которых запуск оборудования электростанции невозможен, электродвигатели питаются от источников постоянного напряжения. А также – все устройства защиты, автоматики и управления.

Также на постоянном напряжении работает электрифицированный транспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Электродвигатели постоянного тока имеют больший вращающий момент на низких скоростях вращения, что необходимо электропоезду для успешного трогания с места. Да и сама регулировка оборотов двигателя, а, следовательно, и скорости движения состава, проще реализуется на постоянном токе.

Источники: http://electric-220.ru/news/kakoj_tok_v_rozetke_peremennyj_ili_postojannyj/2016-08-14-1038, http://fb.ru/article/241111/chem-postoyannyiy-tok-otlichaetsya-ot-peremennogo-i-kak-preobrazovyivaetsya, http://voltland.ru/na-zametku/kakoj-tok-v-obychnoj-rozetke-postoyannyj-ili-peremennyj.html

Источник: http://electricremont.ru/postoyannyj-ili-peremennyj-tok.html

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Люди, мало-мальски знакомые с электротехникой, без труда ответят на вопрос о том, какой ток в розетке. Конечно же переменный. Этот вид электричества гораздо проще производить и передавать на большие расстояния, а потому выбор в пользу переменного тока очевиден.

Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.

Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт.

Совет

Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода.

Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.

Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:

В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники.

Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи.

С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.

Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.

Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары.

Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре.

Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.

На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.

к содержанию ↑

Параметры домашней электрической сети

Основными параметрами электричества являются его напряжение и частота. Стандартное напряжение для домашних электросетей — 220 вольт. Общепринятая частота — 50 герц. Однако в США используется другое значение частоты — 60 герц. Параметр частоты задается генерирующим оборудованием и является неизменным.

Напряжение в сети конкретного дома или квартиры может быть отличным от номинала (220 вольт). На данный показатель влияет техническое состояние оборудования, сетевые нагрузки, загруженность подстанции. В результате напряжение может отклоняться от заданного параметра в ту или другую сторону на 20–25 вольт.

к содержанию ↑

Токовая нагрузка

Все розетки имеют определенную маркировку, по которой можно судить о допустимой токовой нагрузке. Например, обозначение «5A» указывает на максимальную силу тока в 5 ампер. Допустимые показатели следует соблюдать, поскольку в противном случае возможен выход оборудования из строя, в том числе его возгорание.

Маркировка на розетках показана на рисунке внизу:

Ко всем легально продаваемым электроприборам прилагается паспорт, где указана потребляемая мощность или номинал токовой нагрузки.

Крупнейшими потребителями электроэнергии являются такие электробытовые приборы, как кондиционеры, микроволновые печи, стиральные машины, кухонные электроплиты и духовки.

Таким приборам для нормальной работы понадобится розетка с нагрузкой не меньше 16 ампер.

Обратите внимание

Если же в документации к электробытовой технике отсутствуют сведения о потребляемых амперах (сила тока в розетке), определение нужных величин осуществляется по формуле электрической мощности:

Показатель мощности имеется в паспорте, напряжение сети известно. Чтобы определить потребление электричества, нужно показатель мощности (указывается только в ваттах) разделить на величину напряжения.

к содержанию ↑

Разновидности розеток

Розетки предназначены для создания контакта между электрической сетью и бытовой техникой. Они изготовлены так, чтобы обеспечить надежную защиту от случайных прикосновений к токоведущим элементам. Современные модели чаще всего оснащены защитным заземлением, представленным в виде отдельного контакта.

По способу монтажа существует два вида розеток — открытые и скрытые. Выбор разновидности розетки во многом определяется типом монтажа.

К примеру, при организации наружной проводки используют накладные открытые розетки. Такая фурнитура проста в монтаже и не нуждается в нишах для подрозетников.

Встроенные же модели более привлекательны с эстетической точки зрения и более безопасны, поскольку токоведущие элементы находятся внутри стены.

Розетки отличаются по токовой величине. Большая часть устройств предназначена для работы с 6, 10 или 16 амперами. Старые образцы советского производства рассчитаны только на 6,3 ампера.

к содержанию ↑

Методы измерения напряжения и тока

Чтобы измерить показатели напряжения и тока применяются следующие способы:

  1. Наиболее простой метод — подключение к розетке электрического прибора соответствующего напряжения. Если в розетке есть ток, электроприбор будет функционировать.
  2. Индикатор напряжения. Это приспособление может быть однополюсным и представлять собой специальную отвертку. Также выпускаются двухполюсные индикаторы с парой контакторов. Однополюсное устройство определяет фазу в розеточном контакте, но не обнаруживает наличие или отсутствие нуля. Двухполюсный же индикатор показывает ток между фазами, а также между нулем и фазой.
  3. Мультиметр (мультитестер). С помощью специального тестера проводятся измерения любого типа тока, присутствующего в розетке — как переменного, так и постоянного. Также мультиметром проверяют уровень напряжения.
  4. Контрольная лампа. С помощью лампы определяют наличие электричества в розетке при условии, что лампочка в контрольном приборе соответствует напряжению в тестируемой розетке.

Перечисленной выше информации вполне достаточно для общего понимания принципов организации электрической сети в доме. Приступать к проведению любых электротехнических работ следует только с соблюдением всех мер безопасности и при наличии соответствующей квалификации.

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Источник: https://220.guru/electroprovodka/rozetki-vyklyuchateli/kakoj-tok-v-rozetke.html

Как получают переменный электрический ток

Переменный ток – единственный на сегодняшний день способ дешевой передачи электроэнергии на расстояния. Он превосходит постоянный ток по ряду параметров, в том числе и по простоте трансформации. В этой статье мы расскажем, как получают переменный электрический ток в быту и на производстве.

Электромагнитная индукция и закон Фарадея

Майкл Фарадей в 1831 году открыл закономерность, в последствии названной его именем – закон Фарадея. В своих опытах он использовал 2 установки.

Первая состояла из металлического сердечника с двумя намотанными и не связанными между собой проводниками. Когда он подключал один из них к источнику питания, то стрелка гальванометра, подключенного ко второму проводнику, дёргалась.

Так было доказано влияние магнитного поля на движение заряженных частиц в проводнике.

Второй установкой является диск Фарадея. Это металлический диск, к которому подключено два скользящих проводника, а они в свою очередь соединены с гальванометром. Диск вращают вблизи магнита, а при вращении на гальванометре также отклоняется стрелка.

Итак, выводом этих опытов была формула, которая связывает прохождение проводника через силовые линии магнитного поля.

Здесь: E – ЭДС индукции, N – число витков проводника, который перемещают в магнитном поле, dФ/dt – скорость изменения магнитного потока относительно проводника.

На практике также используют формулу, с помощью которой можно определить ЭДС через величину магнитной индукции.

e = B*l*v*sinα

Если вспомнить формулу связывающую магнитный поток и магнитную индукцию, то можно предположить, как происходил вывод формулы выше.

Так зарождалась генерация тока. Но давайте поговорим, как получают переменный ток ближе к практике.

Способы получения переменного тока

Допустим у нас есть рамка из проводящего материала. Поместим её в магнитное поле. Согласно упомянутым выше формула, если рамку начать вращать, через неё потечет электрический ток. При равномерном вращении на концах этой рамки получится переменный синусоидальный ток.

Это связано с тем, что в зависимости от положения по оси вращения рамку пронизывает разное число силовых линий. Соответственно и величина ЭДС наводится не равномерно, а согласно положению рамки, как и знак этой величины. Что вы видите наг графике выше.

При вращении рамки в магнитном поле от скорости вращения зависит как частота переменного тока, так и величина ЭДС на выводах рамки. Чтобы достичь определенной величины ЭДС при фиксированной частоте – делают больше витков.

Таким образом получается не рамка, а катушка.

Получить переменный ток в промышленных масштабах можно таким же образом, как описано выше. На практике нашли широкое применение электростанции с генераторами переменного тока. При этом используются синхронные генераторы. Поскольку таким образом легче контролировать как частоту, так и величину ЭДС переменного тока, и они могут выдерживать кратковременные токовые перегрузки во много раз.

По числу фаз на электростанциях используются трёхфазные генераторы. Это компромиссное решение, связанное с экономической целесообразностью и техническим требованием создания вращающегося магнитного поля для работы электродвигателей, которые составляют львиную долю от всего электрооборудования в промышленности.

В зависимости от рода силы, которая приводит в движение ротор, число полюсов может быть различным. Если ротор вращается со скоростью 3000 об/мин, то для получения переменного тока с промышленной частотой в 50 Гц нужен генератор с 2 полюсами, для 1500 об/мин – с 4 полюсами и так далее. На рисунки ниже вы видите устройство генератора синхронного типа.

На роторе находятся катушки или обмотка возбуждения, ток к ней поступает от генератора-возбудителя (Генератор Постоянного Тока — ГПТ) или от полупроводникового возбудителя через щеточный аппарат.

Щетки располагаются на кольцах, в отличие от коллекторных машин, в результате чего магнитное поле обмоток возбуждение не меняется по направлению и знаку, но меняется по величине – при регулировании тока возбудителя.

Таким образом автоматически подбираются оптимальные условия для поддержки рабочего режима генератора переменного тока.

Итак, получить переменный ток в промышленных масштабах удалось способом, основанном на явлениях электромагнитной индукции, а именно с помощью трёхфазных генераторов. В быту используют и однофазные и трёхфазные генераторы. Последние рекомендуется приобретать для строительных работ. Дело в том, что большое число электрического инструмента и станков могут работать от трёх фаз.

Совет

Это электродвигатели разнообразных бетономешалок, циркулярных пил, да и мощные сварочные аппараты также питаются от трёхфазной сети. Причем для таких задач подходят именно синхронные генераторы, асинхронные не подходят – из-за их плохой работы с устройствами, у которых большие пусковые токи.

Асинхронные бытовые электростанции больше подходят для резервного электроснабжения частных домов и дач.

Электронные преобразователи

Однако не всегда рационально или удобно использовать бензиновые или дизельные бытовые электростанции. Есть выход – получить однофазный или трёхфазный переменный электрический ток из постоянного. Для этого используют преобразователи или, как их еще называют инверторы.

Инвертор – это устройство, которое преобразует величину и род электрического тока. В магазинах можно найти инверторы 12-220 или 24-220 Вольт. Соответственно эти приборы постоянные 12 или 24 Вольта превращают в 220В переменного тока с частотой в 50Гц. Схема простейшего подобного преобразователя на базе драйвера для полумостового преобразователя IR2153 изображена ниже.

Такая схема выдаёт модифицированную синусоиду на выходе. Она не совсем подходит для питания индуктивной нагрузки, типа двигателей и дрелей. Но если не на постоянной основе – то вполне можно использовать и такой простой инвертор.

Преобразователи постоянного тока в переменный с чистой синусоидой на выходе стоят значительно дороже, а их схемы значительно сложнее.

Важно! Приобретая дешевые платы-модули с «алиэкспресс» не рассчитывайте ни на чистый синус, ни на 50Гц частоту. Большинство таких устройств выдают высокочастотный ток с напряжением 220В. Его можно использовать для питания различных нагревателей и ламп накаливания.

Мы кратко рассмотрели принципы получения переменного тока в домашних условиях и в промышленных масштабах.

Физика этого процесса известна уже почти 200 лет, тем не менее основным популяризатором этого способа получить электрическую энергию был Никола Тесла в конце XIX — первой половине XX века.

Большинство современного бытового и промышленного оборудования ориентированы на использования именного переменного тока для электропитания.

Обратите внимание

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором наглядно показывается как работает генератор переменного тока:

Наверняка вы не знаете:

Источник: https://samelectrik.ru/kak-poluchayut-peremennyj-elektricheskij-tok.html

Отличие постоянного тока от переменного и их особенности

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его.

Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование.

При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.

С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.

Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.

Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.

Что такое электрический ток?

Электрическим током называют постоянную или переменную величину, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, создаваемого заряженными частицами — в металлах это электроны, в электролите — ионы, а в газе — и те, и другие. Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.

Таблица величин

Некоторые ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника до потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, достигает потребителя.

Электрический ток имеет такие параметры измерения, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А). Что очень важно, при трансформации, т.е.

уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально.

Это значит, что уменьшив напряжение посредством обычного трансформатора, добиваются увеличения силы тока и наоборот.

Ток постоянный и переменный

Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно.

Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными.

А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.

А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.

Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.

Простейший генератор переменного тока

Различия токов

Конечно же, главным различием переменного и постоянного тока является возможность переправки DC на большое расстояние.

При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется.

Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.

Намного экономичнее преобразование электричества в механическую энергию именно при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.

Важно

Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей. Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от DC, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.

Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые и влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.

Передача тока на большие расстояния

У некоторых людей возникает вопрос, на который выше был дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом. Действительно, ведь если бы по ЛЭП приходило напряжение в 380 В, то не пришлось бы устанавливать дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.

Построение графика переменного тока

Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и совершенно в стороне от этого остается напряжение. А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А. Так что же из этого следует?

Здесь необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличении напряжения, уменьшается сила тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.

Особенности передачи

Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния. Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик AC и DC.

Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду. Говоря простым языком, каждую 1/50 с.

заряд меняет свою полярность, в этом и заключается отличие постоянного тока — в нем колебания практически либо совершенно отсутствуют. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник.

Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.

График разности постоянного и переменного тока

Генерирование

Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат. Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключив из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.

Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость при этом существенно увеличится, потому и применяются переменные генераторы.

Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и тому есть конкретное доказательство.

Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только лишь в 2007 году.

Совет

А противниками в ней были Никола Тесла совместно с Джорджем Вестингаузом, ярые сторонники переменного напряжения, и Томас Эдисон, который стоял за применение повсеместно постоянного тока.

Так вот, в 2007 году город Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.

История

Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века. Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов.

И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв.

Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать производство и передачу постоянного тока по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов.

Никола Тесла

Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая впоследствии стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».

Ну а уже к 1887-му в Соединенных Штатах успешно функционирует больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используется для передачи именно трехпроводная система, которая применяется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.

А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче.

В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое бы на подобной энергии работало.

В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, Тесла не выдерживал и ушел работать к конкуренту, которым являлся Вестингауз. На новом месте Никола (в 1988 году) создает первый прибор учета электроэнергии.

Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».

Выводы

Попробуем обобщить изложенную информацию. На сегодняшний день невозможно представить пользование (как в быту, так и на производствах) каким-то одним из видов электричества — практически везде присутствует и постоянный, и переменный ток. Ведь где-то необходим постоянный, но его передача на дальние расстояния невозможна, а где-то переменный.

Конечно, доказано, что АС намного безопаснее, но как быть с приборами, помогающими экономить электроэнергию во много раз, в то время как они могут работать только на DC?

Именно по этим причинам сейчас токи «мирно сосуществуют» в нашей жизни, закончив «войну», которая продлилась более 100 лет. Единственное, что не стоит забывать — насколько бы одно ни было безопаснее другого (постоянное, переменное напряжение — не важно), оно может нанести огромный вред организму, вплоть до летального исхода.

Обратите внимание

И именно поэтому при работе с напряжением необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.

Источник: https://domelectrik.ru/baza/teoriya/peremennyy-i-postoyannyy-tok

Чем отличается постоянный ток от переменного

Постоянный и переменный ток

В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов в замкнутой цепи. Теперь, я расскажу тебе, каким бывает электрический ток. Электрический ток бывает постоянный и переменный.

                                                                                                                                   Чем отличается переменный ток от постоянного?                                                       Характеристики постоянного тока.

Постоянный ток

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. 

 

Переменный ток

 (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.

Важно

                                                                                                                                      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.            

 Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно  подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель”.  Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

   что такое диод  и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.

Источник: http://slojno.net/peremennyy-i-postoyannyy-tok/

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток, в отличие от тока неизменного, безпрерывно меняется как по величине, так и по направлению, при этом конфигурации эти происходят временами, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтоб вызвать в цепи таковой ток, употребляются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, временами изменяющуюся по величине и направлению.
Такие источники именуются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простого генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, сделанная из медной проволоки, укреплена на оси и с помощью ременной передачи крутится в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь совместно с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Набросок 1. Схема простого генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство вправду является
источником переменной ЭДС.

Представим, что магнит делает меж своими полюсами равномерное магнитное поле, т. е. такое, в каком плотность магнитных силовых линий в хоть какой части поля однообразная.

Совет

вращаясь, рамка пересекает силовые полосы магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, потому что при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, как следует, не участвуют в разработке ЭДС.

В хоть какой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, обратна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом несложно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки.

Для этого нужно ладонь правой руки расположить так, чтоб она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в какой мы желаем найти направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке.

При всем этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС меняется в ней на оборотное, потому что любая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под различными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также меняется, потому что меняется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые полосы магнитного поля.

Вправду, в то время, когда рамка подходит к собственному вертикальному положению и проходит его, скорость скрещения силовых линий сторонами рамки бывает большей, и в рамке индуктируется большая ЭДС.

В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны вроде бы скользят повдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Обратите внимание

Таким макаром, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, временами изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для сотворения тока во наружной цепи.

Используя явление электрической индукции, можно получить переменную ЭДС и, как следует, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается сильными генераторами, приводимыми во вращение паровыми либо водяными турбинами и движками внутреннего сгорания.

Графическое изображение неизменного и переменного токов

Графический способ дает возможность наглядно представить процесс конфигурации той либо другой переменной величины зависимо от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся со временем, начинают с построения 2-ух взаимно перпендикулярных линий, именуемых осями графика. Потом на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в неком масштабе, — значения той величины, график которой собираются выстроить (ЭДС, напряжения либо тока).

На рис. 2 графически изображены неизменный и переменный токи. В этом случае мы откладываем значения тока, при этом ввысь по вертикали от точки скрещения осей О откладываются значения тока 1-го направления, которое принято именовать положительным, а вниз от этой точки — обратного направления, которое принято именовать отрицательным.

Набросок 2. Графическое изображение неизменного и переменного
тока

Сама точка О служит сразу началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и ввысь) и времени (по горизонтали на право). По другому говоря, этой точке соответствует нулевое
значение тока и тот исходный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в предстоящем будет изменяться ток.

Важно

Убедимся в корректности построенного на рис. 2, а графика неизменного
тока величиной 50 мА.

Потому что этот ток неизменный, т. е. не меняющий со временем собственной величины и направления, то разным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е.
50 мА.

Как следует, в момент времени, равный нулю, т. е. в исходный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА.

Отложив по вертикальной оси ввысь отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы должны сделать и для последующего момента
времени, соответственного точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально ввысь отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка обусловит нам вторую точку графика.

Проделав схожее построение для нескольких следующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением неизменного тока величиной 50 мА.

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем сейчас к исследованию графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхней части показана рамка, крутящаяся в магнитном поле, а понизу дано графическое

изображение возникающей переменной ЭДС.

Набросок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем умеренно крутить рамку по часовой стрелке и проследим за ходом конфигурации в ней ЭДС, приняв за исходный момент горизонтальное положение рамки.

Совет

В этот исходный момент ЭДС будет равна нулю, потому что стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответственное моменту
t = 0, изобразится точкой 1.

При предстоящем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до того времени, пока рамка не достигнет собственного вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся ввысь кривой, которая добивается собственной верхушки

(точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и свалится до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Как следует, за время, соответственное половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до большей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При предстоящем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет равномерно возрастать по величине, но направление ее уже поменяется на оборотное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и размещается сейчас ниже этой оси. ЭДС растет опять-таки до того времени, пока рамка не займет вертикальное положение.

Потом начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка возвратится в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот.

На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в оборотном направлении собственной верхушки (точка 4), повстречается потом с осью времени (точка 5).

Обратите внимание

На этом завершается один цикл конфигурации ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается 2-ой цикл, в точности повторяющий 1-ый, за которым, в свою очередь, последует 3-ий, а позже 4-ый, и так до того времени, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким макаром, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл собственного конфигурации.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Приобретенная нами волнообразная кривая именуется синусоидой, а ток, ЭДС либо напряжение, изменяющиеся по такому закону, именуются
синусоидальными.

Сама кривая названа синусоидой поэтому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, именуемой синусом.

Синусоидальный нрав конфигурации тока — часто встречающийся в электротехнике, потому, говоря о переменном токе,
почти всегда имеют в виду синусоидальный ток.

Для сопоставления разных переменных токов (ЭДС и напряжений) есть величины, характеризующие тот либо другой ток. Они именуются
параметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — характеристики переменного тока

Переменный ток характеризуется 2-мя параметрами — периодом и
амплитудой, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и выстроить график тока.

Набросок 4. Кривая синусоидального тока

Важно

Просвет времени, в протяжении которого совершается
полный цикл конфигурации тока, именуется периодом. Период обозначается буковкой
Т и измеряется в секундах.

Просвет времени, в протяжении которого совершается половина полного цикла конфигурации тока, именуется полупериодом.
Как следует, период конфигурации тока (ЭДС либо напряжения) состоит из 2-ух полупериодов.
Совсем разумеется, что все периоды 1-го и такого же переменного тока равны меж собой.

Как видно из графика, в течение 1-го периода собственного конфигурации ток добивается два раза наибольшего значения.

Наибольшее значение переменного тока (ЭДС либо напряжения) именуется его амплитудой либо амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — принятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы сначала направили внимание на амплитудное значение тока, но, как это видно из графика, существует бессчетное огромное количество промежных его значений, наименьших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответственное хоть какому избранному моменту времени, именуется его моментальным значением.

i, е и u — принятые обозначения моментальных значений тока, ЭДС и напряжения.

Секундное значение тока, как и амплитудное его значение, просто найти при помощи графика. Для этого из хоть какой точки на горизонтальной оси, соответственной интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки скрещения с кривой тока; приобретенный отрезок вертикальной прямой обусловит значение тока на этот момент, т. е. секундное его значение.

Разумеется, что секундное значение тока по истечении времени
Т/2 от исходной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени —
T/4 его амплитудному значению. Ток также добивается собственного амплитудного значения; но уже в оборотном на
правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Совет

Итак, график указывает, как со временем изменяется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При всем этом значение тока на этот момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в хоть какой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, именуется
частотой переменного тока и обозначается латинской буковкой
f.

Чтоб найти частоту переменного тока, т. е. выяснить, сколько периодов собственного конфигурации ток сделал в течение 1 секунды, нужно 1 секунду поделить на время 1-го периода
f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно найти период:
T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, именуемой герцем.

Если мы имеем переменный ток, частота конфигурации которого равна 1 герцу, то период такового тока будет равен 1 секунде.

И, напротив, если период конфигурации тока равен 1 секунде, то частота такового тока равна 1 герцу.

Итак, мы обусловили характеристики переменного тока — период, амплитуду и частоту, — которые позволяют отличать друг от друга разные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это нужно, их графики.

При определении сопротивления разных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так именуемую угловую либо радиальную частоту.

Радиальная частота обозначается буковкой
ω и связана с частотой
f соотношением  ω
= 2πf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы лицезрели, что за время 1-го полного оборота рамки происходит полный цикл конфигурации ЭДС. По другому говоря, для того чтоб рамке сделать один оборот, т. е.

Обратите внимание

оборотиться на 360°, нужно время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота.

Как следует, 360°/T есть угол, на который

поворачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято именовать угловой либо радиальный скоростью.

Но потому что период Т связан с частотой f соотношением f=1/T,
то и радиальная скорость может быть выражена через частоту и будет равна
ω = 360°f.

Итак, мы сделали вывод, что
ω = 360°f. Но для удобства использования радиальный частотой при различных расчетах угол 360°, соответственный одному обороту, подменяют его круговым выражением, равным 2π радиан, где π=3,14.
Таким макаром, совсем получим
ω = 2πf. Как следует, чтоб найти радиальную частоту переменного тока (ЭДС либо напряжения), нужно частоту в герцах помножить на неизменное число 6,28.

Источник: http://elektrica.info/chto-takoe-peremenny-j-tok-i-chem-on-otlichaetsya-ot-toka-postoyannogo/

Автомобильный аккумулятор переменного или постоянного тока? Узнайте, как это работает и какие преимущества

Электронная схема может работать от переменного или постоянного тока. Таким образом, автолюбителям может быть интересно узнать, используется ли автомобильный аккумулятор переменного тока или постоянного тока . Давайте выясним, что означают переменный и постоянный ток, как работает автомобильный аккумулятор и какие преимущества дает постоянный ток?

Автомобильный аккумулятор переменного или постоянного тока?

Фактически автомобильный аккумулятор или любой другой аккумулятор вырабатывает постоянное напряжение. Это требует дополнительных цепей, если вы хотите сделать его переменным током.Например, батарея постоянного тока может производить переменный ток, если она соединена с преобразователем переменного тока.

Автомобильный аккумулятор всегда вырабатывает постоянное напряжение.

Что такое переменный и постоянный ток?

DC (постоянный ток) — это поток электронов в одном направлении. Томас Эдисон использовал постоянный ток в первых изобретенных им системах передачи электроэнергии. Батареи, использующие постоянный ток, питают небольшие электронные приборы и гаджеты, такие как ноутбук, радио, микроволновая печь и другие.

В качестве альтернативы переменный ток (переменный ток) — это поток электронов, в котором они непрерывно меняют направление.Ток использовался в системе передачи энергии, изобретенной Никола Тесла.

Фактически нет батарей переменного тока. Есть некоторые батареи постоянного тока, которые используют преобразователи для генерации переменного тока. Переменный ток течет в двух направлениях и может переносить электроны на большие расстояния без потери энергии. Использование преобразователя переменного тока на батарее постоянного тока позволяет лучше контролировать источник энергии с дополнительными преимуществами резервирования энергии в портативном батарейном блоке. Электросеть, которая подает питание на электрические розетки в вашем доме, является одним из мест, где можно использовать батареи постоянного тока с преобразователями переменного тока.

ПОДРОБНЕЕ

Как работает автомобильный аккумулятор?

Вы уже знаете ответ на вопрос, какой у вас автомобильный аккумулятор переменного тока или постоянного тока. Но как работает эта батарея C?

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор используется в большинстве автомобилей, в то время как некоторые современные автомобили могут иметь литий-ионные аккумуляторы. Эти свинцово-кислотные батареи имеют 6 ячеек и вырабатывают 12 вольт (точнее, 12,6 В). Их вместимость варьируется в зависимости от размера и потребляемой мощности автомобилей.Например, в небольших транспортных средствах используются батареи емкостью от 65 до 80 Ач, а во внедорожниках — от 100 до 120 Ач.

Основы автомобильной электрической системы

Современные автомобили состоят из ряда систем, работающих вместе в гармонии. Было бы невозможно удалить одну из этих систем (например, топливную) и оставить машину, которая едет. Таким образом, хотя вы не обязательно можете сказать, что электрическая система автомобиля является «самой важной», она все же довольно близка, особенно когда технология движется в сторону гибридного и электрического будущего.

Вот краткий обзор компонентов электрической системы и взгляд на то, как традиционные автомобили с газовым двигателем используют электричество.

Это Электрический

«Электричество» относится к потоку электронов через цепь, в которой один конец является положительным, а другой — отрицательным. На самом деле каждый объект имеет электрический заряд, но большинство из них настолько малы, что их невозможно обнаружить. Чтобы привести в действие нечто вроде двигателя, мы разработали искусственные химические элементы с высоким электрическим потенциалом: батареи.Аккумуляторы, в свою очередь, обеспечивают питание систем запуска, зарядки и безопасности, фонарей, АБС, компьютеров, датчиков, климат-контроля и бортовых аксессуаров. Вероятно, это первое, о чем вы думаете, когда слышите об электричестве в автомобильных приложениях, но батареи — далеко не единственные в работе системы.

AC / DC

Существует два типа электроэнергии: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Когда батареи разряжаются, они излучают постоянный ток постоянного тока в одном направлении, подавая электричество через положительный вывод на отрицательный.Большинство автомобильных компонентов требуют, чтобы этот заряд постоянного тока работал должным образом, но он ограничен, потому что аккумуляторы в конечном итоге полностью разряжаются, без оставшейся мощности.

Для решения этой проблемы в автомобилях также есть генераторы. Генераторы переменного тока на самом деле представляют собой небольшие генераторы, способные преобразовывать механическую энергию в электрическую. Приводимые ремнем двигателя, генераторы переменного тока используют небольшой сигнал от батареи для возбуждения тока возбуждения, который вращает ротор внутри набора статоров. Поскольку эта энергия управляется полярностью магнитных полей, возникающий в результате ток меняет направление при вращении ротора, производя ток в противоположных или переменных направлениях (отсюда и переменный ток).Генераторы вырабатывают значительно более высокие токи, чем изначально подаются от батареи, поэтому они используются для подзарядки самой батареи и питания других электрических компонентов.

Постановление

Однако для работы большинства компонентов требуется постоянный ток. Решением является набор диодов, которые служат своего рода электрическим обратным клапаном для тока, выходящего из генератора. Диоды позволяют току течь только в одном направлении, поэтому, когда переменный ток входит с одной стороны, только постоянный ток выходит с другой.

Другой серьезной проблемой в электрической системе автомобиля является то, что не все компоненты выдерживают одинаковую силу тока или силу тока. Следовательно, система должна включать регуляторы напряжения и предохранители для уменьшения расхода и защиты компонентов, которые не могут выдерживать силу тока, подаваемую генератором переменного тока. Предохранители защищают электрические цепи при размещении перед нагрузкой (компонентом). Если скачок напряжения вызывает слишком большую силу тока в фарах, предохранитель, рассчитанный на «перегорание» 15 ампер, сработает, не позволяя току продолжать нагревать саму фару.

Электрическая система — сложная, но важная часть того, что заставляет ваш автомобиль заводиться, работать, заряжаться и выполнять небольшие, но важные вещи, такие как запирание дверей. И хотя напряжение в автомобильных системах намного ниже, чем, скажем, в бытовых устройствах, все же важно заручиться руководством профессионала при диагностике или начале ремонта, поскольку многие компоненты чрезвычайно чувствительны и могут быть легко повреждены без надлежащей подготовки и знаний.

Ознакомьтесь со всеми продуктами для электрических систем , доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта.Чтобы получить дополнительную информацию об электрической системе автомобиля, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фотография предоставлена ​​Блэром Лампе

Зарядка переменным током и постоянным током — в чем разница —

Для многих это не имеет значения. DC работает быстрее, и это все, что им нужно знать. Но для любопытных это упрощенное объяснение разницы между зарядкой постоянным и переменным током. Технические подробности здесь намеренно замалчиваются.

Причина, по которой у нас есть два типа зарядки, состоит в том, что существует два «типа» электричества: переменного и постоянного тока; поэтому мы начнем с их обсуждения.

AC VERSUS DC

DC — это простой положительный и отрицательный тип электричества, с которым вы, вероятно, экспериментировали в 7-м классе. Ключевым преимуществом является то, что его легко хранить в батареях. Поэтому в портативной электронике — фонариках, сотовых телефонах, ноутбуках — используется постоянный ток; они должны хранить это. Транспортные средства с подзарядкой от сети портативны, поэтому они также используют батареи постоянного тока (хотя большинство из них имеют двигатели переменного тока — сложный шаг, который мы можем рассмотреть в другой раз).

Электроэнергия переменного тока немного сложнее, потому что она переключается взад и вперед, но ключевым преимуществом является то, что ее можно экономично передавать на большие расстояния.Вот почему мощность переменного тока поступает в ваш дом по линиям электропередач и находится в розетках. Стационарные приборы, которые используют электричество непосредственно из розетки — лампы, холодильники, стиральные машины — используют переменный ток.

Поскольку электрическая сеть обеспечивает переменный ток, электричество необходимо преобразовать в постоянный ток, когда вы хотите зарядить портативное устройство. Это преобразование выполняется «выпрямителем». Портативная электроника, которая заряжается от сети, имеет один: обычно он находится в черном ящике в зарядном шнуре вместе с некоторыми другими компонентами, которые мы игнорируем.Вы заметите, что чем больше энергии потребляет устройство, тем больше это поле. Ключ к пониманию зарядки переменного тока по сравнению с зарядкой постоянным током — это узнать, где находится коробка и почему.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Вот решение для зарядки постоянного тока для моего планшетного компьютера. Это просто USB-кабель, который позволяет моему планшету заряжаться от USB-порта постоянного тока в машине или ноутбуке. Обе стороны имеют постоянный ток, поэтому преобразование не требуется.

Зарядный шнур постоянного тока

А вот и решение для зарядки переменного тока моего планшета.Тот же USB-кабель подключается к маленькому черному ящику, который подключается к розетке переменного тока — коробка преобразует переменный ток в постоянный.

Преобразователь переменного тока в кабель постоянного тока

Вот упрощенная схема (можете ли вы сказать, что я не посещал уроки рисования?) Того, как зарядка переменным и постоянным током работает с подключаемым к электросети автомобилем:

Пути зарядки переменного и постоянного тока

Когда вы подключаетесь к источнику переменного тока — независимо от того, подключаете ли вы к розетке 120 В или 240 В или используете зарядное устройство J1772 — ваш автомобиль преобразует мощность в постоянный ток.

Когда вы используете зарядную станцию ​​постоянного тока — активно используются CHAdeMO и Supercharger, скоро появится CCS — мощность преобразуется станцией, поэтому постоянный ток поступает прямо в вашу батарею (не совсем, но достаточно близко для этого обсуждение).

Обратите внимание, что в обоих случаях питание начинается от переменного тока и заканчивается постоянным током; Единственное качественное различие между «зарядкой переменным током» и «зарядкой постоянным током» заключается в том, выполняется ли преобразование до или после того, как оно войдет в ваш автомобиль.

ПОЧЕМУ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОБЕ ТИПЫ?

Зачем нужны два типа зарядки — почему бы не выбрать одно место для преобразования энергии?

Переменный ток более доступен в розетках, но, несмотря на то, что по линиям переменного тока передается большое количество энергии, количество розеток ограничено.Выделенные зарядные станции постоянного тока обеспечивают большую мощность, но, поскольку они дороги в установке и предназначены для зарядки от розетки, доступность ограничена.

Макс.питание от различных источников

ЗА И ПРОТИВЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Розетки переменного тока используются повсеместно, поэтому для удобной зарядки ваш автомобиль должен иметь возможность подключаться к ним. Это означает, что каждый автомобиль должен уметь преобразовывать переменный ток в постоянный. Оборудование для преобразования в текущих сменных автомобилях варьируется; большинство из них может преобразовать мощность до 3,3, 6,6 или 9,6 кВт.

Для сравнения: обычная бытовая розетка может непрерывно обеспечивать до 1,4 кВт, а «высокомощные» розетки на 240 В, которые иногда встречаются в гаражах и стоянках для автофургонов, могут обеспечивать до 9,6 кВт. Технически автомобиль может преобразовывать гораздо большую мощность, чем это, но оборудование будет громоздким, тяжелым, дорогим и горячим, а все, что превышает 9,6 кВт, будет использоваться нечасто, потому что розетки большей мощности недоступны.

Чтобы проиллюстрировать этот момент: Tesla Model S предлагает вариант за 1500 долларов, который позволяет автомобилю переоборудовать до 19 единиц.2кВт. Очевидно, что вдвое более быстрая зарядка является огромным преимуществом, когда вы можете ее использовать, поэтому некоторые владельцы клянутся этим, но вы можете получить такую ​​большую мощность, только если используете специальное оборудование для зарядки на 240 В. На западном побережье есть несколько таких зарядных устройств на популярных маршрутах путешествий, но такое оборудование трудно найти, оно не требуется для ночной зарядки и все же намного медленнее, чем зарядка постоянным током. Многие владельцы пропускают этот вариант, чтобы сэкономить деньги и вес.

DC ЗА И ПРОТИВЫ

Зарядные станции постоянного тока имеют специальные сетевые подключения, чтобы они могли получать и преобразовывать гораздо больше энергии.Станции постоянного тока большие, дорогие и имеют много систем охлаждения — было бы непрактично устанавливать такое оборудование в каждый автомобиль, даже если бы существовал способ подключения непосредственно к сети.

Зарядные устройства CHAdeMO мощностью от 25 до 60 кВт, а нагнетатели мощностью от 90 до 120 кВт — почти в 100 раз быстрее, чем стандартная бытовая розетка на 120 В, и более чем в 10 раз быстрее, чем розетки на 240 В переменного тока.

При более высоких затратах сеть могла бы поставлять еще больше энергии; но эти ограничения в основном установлены, чтобы избежать повреждения автомобильных аккумуляторов во время зарядки.(Многие факторы определяют, насколько быстро могут заряжаться аккумуляторы, но в настоящее время автомобили, в которых используются зарядные устройства, имеют значительно большие батареи, чем автомобили, в которых используются зарядные устройства CHAdeMO. При прочих равных, более крупные аккумуляторы могут принимать больше энергии без вреда для здоровья).

ПРИМЕР: МОДУЛЬНАЯ ЗАРЯДКА

Простой способ визуализировать разницу в зарядке постоянным и переменным током — это рассмотреть, как Tesla выполняет зарядку своего седана Model S. Они производят большое количество ящиков, которые они называют «зарядными устройствами», которые включают выпрямитель мощностью 10 кВт для преобразования переменного тока в постоянный.Каждый автомобиль, который они построили, получает зарядку от сети переменного тока, поэтому он может выдерживать всю мощность, которую обеспечивает любая розетка. Подключенный к правильной розетке, он может заряжать автомобиль со скоростью до 24 миль в час.

Если вы купите «двойные зарядные устройства», вы получите две коробки в машине и теперь можете работать с мощным проводным зарядным оборудованием. Это может заряжать автомобиль со скоростью до 50 миль в час.

В нагнетателях постоянного тока Tesla на станции установлено 12 ящиков, поэтому автомобилю не нужно делать переоборудование.Это может заряжать автомобиль со скоростью до 300 миль в час.

Блоки, которые выполняют преобразование энергии, по сути, такие же; Сравнение переменного и постоянного тока в значительной степени зависит от того, находятся ли коробки в машине или на зарядной станции и сколько их там.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Помогло ли это вам понять разницу между зарядкой постоянным и переменным током и почему оба типа важны? Вы видели ошибки? (Не считая пропущенных деталей, поскольку они были упущены специально для простоты — если они не являются заметными).Есть ли у вас дополнительные или другие моменты, которые помогут понять разницу? Есть ли связанные темы, о которых вы хотели бы узнать больше? Пожалуйста дай нам знать.

Размещено Чадом

Изображения любезно предоставлены Plug In America, Aerovironment, Schneider, Microsoft Office Клипарт

Как работают инверторы постоянного / переменного тока

Инверторы

очень просты в установке. Большинство из них представляют собой устройства, работающие по принципу «включай и работай», особенно небольшие инверторы с малой мощностью.У этих инверторов есть кабель с вилкой, который вставляется в прикуриватель вашего автомобиля или грузовика. Они предназначены для портативности, поэтому другого монтажа не требуется.

Если вы покупаете инвертор с более высокой мощностью, правильная установка становится более важной. При мощности ниже 400 Вт подключение прикуривателя все еще возможно, но при более высокой мощности требуется прямое подключение к батарее. Входные кабели инвертора имеют зажимы, которые можно прикрепить к клеммам аккумуляторной батареи, аналогично набору соединительных кабелей.Если установка должна быть постоянной, кабели можно прикрутить к клеммам. Сам инвертор можно установить где угодно, но он должен находиться в месте с хорошей циркуляцией воздуха. Инверторы выделяют изрядное количество тепла, и они используют охлаждающие вентиляторы и теплоотводящие ребра, чтобы предотвратить перегрев. Более крупные и тяжелые инверторы имеют монтажные отверстия в шасси, поэтому их можно прикрепить болтами к любой поверхности. Очевидно, что при постоянной установке вы, вероятно, захотите прикрутить преобразователь на место, но это не обязательно.Можно просто установить инвертор в надежное и устойчивое положение, закрепить провода на батарее и подключить.

Объявление

А как вообще выглядит инвертор? Что ж, самые маленькие инверторы поместятся в вашем кармане, в то время как модели с более высокой мощностью примерно соответствуют размеру и весу большого словаря. Общее правило: чем выше мощность, тем больше и тяжелее инвертор. В верхней части шкалы мощности инвертора некоторые инверторы могут быть более двух футов в длину и весить более 30 фунтов.

Современные инверторы имеют некоторые встроенные функции безопасности, которые делают их еще проще в использовании. Некоторые модели подают сигнал тревоги, когда напряжение батареи становится слишком низким. Это больше для удобства, но в зависимости от того, какое оборудование вы используете, это также может быть ценной функцией безопасности. Инверторы обычно также имеют возможность автоматического отключения. Если агрегат обнаруживает перегрузку по току или перегрев, он отключается, чтобы уменьшить или предотвратить вероятность возгорания.Инверторы также могут отключиться в случае короткого замыкания, например, при падении металлического предмета на корпус или намокании инвертора. Отключение при коротком замыкании — эффективный способ предотвратить поражение электрическим током.

Так сколько же это будет стоить, спросите вы? Вы можете купить модифицированный синусоидальный инвертор, рассчитанный на непрерывную мощность 200 Вт, примерно за 25 долларов, а цена модифицированного синусоидального инвертора на 6000 Вт может приближаться к 1000 долларов. Инверторы с чистым синусом стоят намного дороже — они могут составлять более 200 долларов для инвертора мощностью всего 300 Вт.

Если вы хотите узнать больше об автомобильной электронике и других связанных темах, перейдите по ссылкам на следующей странице.

В чем разница между переменным и постоянным током?

Электричество — это тип энергии, который включает движение электронов по проводнику, например по проводу. Поток электронов может происходить в одном или обоих направлениях по проводу. Когда электричество течет в одном направлении, это называется постоянным током (DC).Переменный ток (AC) — это когда электроны движутся в обоих направлениях — в одном, а затем в другом. Батареи вырабатывают постоянный ток, а электрические сети, обеспечивающие электричеством дома и другие здания, используют переменный ток.

Батареи вырабатывают электричество постоянного тока (DC).
Постоянный ток

В природе электричество встречается редко, у некоторых животных или при молнии. Пытаясь создать электрическую энергию, ученые обнаружили, что электрические и магнитные поля взаимосвязаны.Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются и притягиваются полюсами магнита. Так родилась мощность постоянного тока от батареи, разработка, которая в первую очередь приписывается работе и продвижению американского изобретателя Томаса Эдисона в 19 веке.

Электрогенератор переменного тока (AC).
Переменный ток

В конце 19 века другой ученый, сербско-американский инженер Никола Тесла, работал над разработкой переменного тока, поскольку он мог передавать разное количество энергии. Вместо того, чтобы постоянно прикладывать магнетизм к проволоке, он использовал вращающийся магнит.Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному положению, но когда ориентация магнита менялась, электроны также вращались.

Инвертор мощности, который можно использовать для преобразования постоянного тока в переменный.
Напряжение

Еще одно различие между переменным током и постоянным током заключается в количестве энергии, которое каждый из них может нести.Каждая батарея предназначена для выработки только одного уровня напряжения, и это напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. Напряжение переменного тока от генератора на электростанции может повышаться или понижаться с помощью другого механизма, называемого трансформатором.

Двигатель постоянного тока.
Трансформаторы
Трансформаторы

используются везде, где необходимо увеличить или уменьшить электрическое напряжение. Например, их обычно можно увидеть на электрических столбах. Электростанции вырабатывают электричество очень высокого напряжения, поэтому они могут перемещаться на большие расстояния.Однако напряжение должно быть снижено до того, как электричество достигнет домов и других зданий, которые используют его для питания бытовых приборов, механизмов и других устройств. Переменный ток также можно изменить на постоянный с помощью адаптера, такого как тот, который используется для питания аккумулятора портативного компьютера.

Изобретатель Томас Эдисон считал, что электричество постоянного тока лучше переменного тока.Электростанции производят электроэнергию высокого напряжения, поэтому она может перемещаться на большие расстояния.

Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC), руководство для вас

Вы когда-нибудь задумывались, какие токи проходят по вашим проводам? Это руководство проведет вас через 2 типа токов; Альтернативный ток (AC), постоянный ток (DC) и что все это значит.

В этом руководстве я расскажу о самых важных вещах, начиная с:
  • Что такое переменный и постоянный ток
  • Различия между переменным и постоянным током
  • Преобразование переменного или постоянного тока
  • Использование переменного или постоянного тока
  • Применение переменного и постоянного тока
  • Сопряжение с переменным и постоянным током

Переменный ток и постоянный ток

Переменный ток (AC)
  • Форма тока, которая периодически меняет направление, колеблясь вперед и назад
Постоянный ток (DC)
  • Форма тока, которая течет только в одном направлении, обеспечивая постоянное напряжение / ток

В чем различия?

AC DC
Форма волны
произведено
Чаще всего дает синусоидальную волну При постоянном напряжении / токе возникают горизонтальные волны
Сгенерировано Генератор переменного тока, электрический генератор, предназначенный для производства переменного тока Коммутатор
Выпрямитель, преобразует переменный ток в постоянный
Батареи за счет генерации в результате внутренней химической реакции
Пригодность для передачи на большие расстояния Подходит, потери при передаче небольшие Менее подходит, потери передачи больше, если напряжение не достаточно высокое
Использование Менее подходит для электронных продуктов, если питание не переключается на постоянный ток через выпрямитель Подходит для электронных продуктов
Уровень безопасности Нижний уровень безопасности
Переменное напряжение может вызвать попадание тока в тело человека без замкнутого контура
Более высокий уровень безопасности
Обычно постоянные токи в электрических приборах имеют тенденцию быть более безопасными

Преобразование переменного тока в постоянный?

Хотя переменный и постоянный ток работают по-разному, они не должны работать как отдельная цепь из-за наличия преобразователя переменного тока в постоянный.

Преобразователь называется выпрямителем, где он преобразует входной переменный ток в выходной постоянный ток путем изменения направленного потока тока.

AC vs DC, что использовать?

Передача энергии на большие расстояния:
  • переменного тока: возможность нарастания напряжения через трансформаторы приводит к меньшему сопротивлению в проводах, что может обеспечить эффективную передачу энергии на большие расстояния
  • постоянного тока: высокая сложность и стоимость эффективного создания высокого напряжения постоянного тока

Победитель: переменного тока , тот, который выполняет свою работу, если вы хотите передавать мощность на большие расстояния

Легкость использования / простота:
  • переменного тока: простой в эксплуатации за счет использования проводов и трансформаторов для регулировки напряжения
  • постоянного тока: невозможность удобного преобразования напряжения из-за необходимости в сложных схемах

Победитель: переменный ток, удобство и гибкость, которые он может обеспечить, сбивают его с толку оппозиция.

Совместимость с электроникой:
  • AC: Менее совместим с электроникой из-за изменения направления тока
  • DC: Больше совместим с электроникой, поскольку ток течет в одном направлении

Победитель: DC, решение для питания вашей электроники.

Применение переменного и постоянного тока

AC
постоянного тока

Муфта: AC и DC

AC и DC также могут называться переменным (емкостным) соединением и прямым соединением.Связь позволяет наблюдать напряжения и длины волн источника питания. Каждая форма связи приводит к разным результатам в данных при подключении к осциллографу.

Муфта переменного тока и муфта постоянного тока
Муфта переменного тока Муфта постоянного тока
Показывать и разрешать прохождение только сигналов переменного тока через соединение Обеспечивает прохождение сигналов переменного и постоянного тока через соединение
Подходит для следующих датчиков:
Микрофоны ICP
Акселерометры ICP
Тензометры (только для упругих или динамических характеристик)
ВСЕ преобразователи ICP / IEPE
Подходит для следующих датчиков:
Термопары
Акселерометр постоянного тока
Тензометрические датчики
Пусковое соединение с:

DSO Nano V3: портативный осциллограф с функцией связи по постоянному току для измерения напряжения

DSO Nano V3 — это простой в использовании и компактный осциллограф, отвечающий основным требованиям пользователей, начиная от лабораторных испытаний в школе, заканчивая электротехникой и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *