Как найти постоянную составляющую тока

Постоянный электрический ток

Постоянный ток
(DC — Direct Current) — электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.

В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.

Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.

Постоянная составляющая тока и напряжения. DC

Если рассмотреть форму тока в нагрузке на выходе выпрямителей или преобразователей, можно увидеть пульсации — изменения величины тока, существующие, как результат ограниченных возможностей фильтрующих элементов выпрямителя. В некоторых случаях величина пульсаций может достигать достаточно больших значений, которые нельзя не учитывать в расчётах, например, в выпрямителях без применения конденсаторов. Такой ток обычно называют пульсирующим или импульсным. В этих случаях следует рассматривать постоянную DC

и переменную
AC
составляющие.

Постоянная составляющая DC

— величина, равная среднему значению тока за период.

AVG

— аббревиатура Avguste — Среднее.

Переменная составляющая AC

— периодическое изменение величины тока, уменьшение и увеличение относительно среднего значения
.
Следует учитывать при расчётах, что величина пульсирующего тока будет равна не среднему значению, а квадратному корню из суммы квадратов двух величин — постоянной составляющей (DC

) и среднеквадратичного значения переменной составляющей (
AC
), которая присутствует в этом токе, обладает определённой мощностью и суммируется с мощностью постоянной составляющей.

Вышеописанные определения, а так же термины AC

и
DC
могут быть использованы в равной степени как для тока, так и для напряжения .

Как вычислить апериодическую компоненту

Первоначальная величина апериодической части в модульном выражении определяется как разница между мгновенным показателем периодической части в начале КЗ и величиной тока непосредственно перед замыканием. То есть, апериодическая составляющая с максимальным первоначальным значением, сравняется с амплитудными параметрами периодической части тока при появлении КЗ. Это утверждение определяет формула: ia0 = √2Iп0, действующая при условии сниженной активной доли сопротивления в точке КЗ относительно индуктивной составляющей.

Кроме того, перед началом замыкания в расчетной точке не должно быть нагрузки, а напряжение какой-либо фазы к этому времени проходит по нулевому проводнику. Если же перечисленные требования не будут выполнены, то апериодическая часть в первоначальной стадии снизит свои показатели по отношению к амплитуде периодической составляющей.

Для того чтобы выполнить расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания в любое произвольное время, заранее прорабатывается вариант замещения. Согласно первоначальной расчетной схеме, все составные элементы учитываются в качестве активных и индуктивных сопротивлений. Учет синхронных генераторов и компенсаторов, асинхронных и синхронных электродвигателей проводится путем перевода их в категорию индуктивных сопротивлений с обратной последовательностью. Обязательно учитываются сопротивления обмоток статора постоянному току с рабочей температурой установленной нормы.

Когда в изначальной схеме расчетов присутствуют лишь компоненты, соединенные последовательно, в этом случае величина апериодической доли в любой момент времени определяется формулой 1, в которой Та является постоянной величиной, определяющей время затухания данной части. В свою очередь, Та можно вычислить по формуле 2, в которой Xэк и Rэк будут индуктивной и активной составляющими, а ωсинх является синхронной угловой частотой сетевого напряжения. Если же при расчетах необходимо учесть величину генераторного тока непосредственно перед коротким замыканием, тогда уже используется формула 3.

Отличие постоянного тока от переменного

По ассоциативным предпочтениям в технической литературе импульсный ток часто называют постоянным, так как он имеет одно постоянное направление. В таком случае необходимо уточнять, что имеется в виду постоянный ток с переменной составляющей. А иногда его называют переменным, по той причине, что периодически меняет величину. Переменный ток с постоянной составляющей. Обычно берут за основу составляющую, которая больше по величине или которая наиболее значима в контексте.

Следует помнить, что постоянный ток или напряжение характеризует, кроме направления, главный критерий — постоянная его величина, которая служит основой физических законов и является определяющей в расчётных формулах электрических цепей. Постоянная составляющая DC, как среднее значение, является лишь одним из параметров переменного тока.

Для переменного тока (напряжения) в большинстве случаев бывает важен критерий — отсутствие постоянной составляющей, когда среднее значение равно нулю. Это ток, который протекает в конденсаторах, силовых трансформаторах, линиях электропередач. Это напряжение на обмотках трансформаторов и в бытовой электрической сети. В таких случаях постоянная составляющая может существовать только в виде потерь, вызванных нелинейным характером нагрузок.

Переменный ток все время изменяет свое направление в отличие от постоянного, который протекает только в одном направлении. Постоянный ток вырабатывают батареи и источники постоянного тока, а переменный – генераторы сигналов и государственные энергетические системы.

Синусоидальные колебания

Форма переменного тока или напряжения может принимать самые различные виды. Наиболее распространенной является синусоидальная форма переменного напряжения или тока (рис. 2.1). Синусоидальное колебание имеет два максимальных значения, или пика: положительный пик и отрицательный. Пиковое значение называется также амплитуде синусоиды. Значение синусоидального напряжения, измеренное от пика до пика (размах), является разностью потенциалов между положительным пиком и отрицательным. Размах = Положительная амплитуда + Отрицательная амплитуда = Удвоенная амплитуда.

Рис. 2.1. Синусоидальные колебания переменного тока

Среднеквадратическое значение

Постоянный ток имеет постоянное значение, и это значение можно использовать во всех вычислениях. Значение же переменного тока изменяется во времени. Чтобы преодолеть эту трудность, за «постоянное» значение переменного тока приняли и используют его среднеквадратическое значение. Среднеквадратическое значение переменного тока является эквивалентом значения постоянного тока, при котором вырабатывается такая же мощность, что и при исходном значении переменного тока. Если известно среднеквадратическое значение переменного тока, то его можно использовать для вычисления мощности так же, как если бы это было постоянное напряжение или ток. Например:

Мощность пост. тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение; Мощность перем. Тока = Среднеквадр. значение тока х Среднеквадр. значение напряжения.

Значения переменного тока и напряжения всегда задают в виде среднеквадратической величины, за исключением специально оговоренных случаев. Пример 1 Какое сопротивление имеет домашний электрический обогреватель мощностью 1 кВт? Решение Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 240 В (в России 220 В. — Прим. перев.). Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы P = V2/R определяем

P = V2/R = 240*240/1000 = 57, б Ом.

Соотношение между пиковыми и среднеквадратическими значениями

Среднеквадратическое значение сигнала переменного тока зависит от его формы. Так, среднеквадратическое значение синусоидального сигнала составляет 0,707 его пикового значения (амплитуды). Заметим, что это справедливо только для синусоидального сигнала. Например, если амплитуда синусоидального сигнала Vр = 10 В, то его среднеквадратическое значение составит Vср.кв. = 0,707 * Vр = 0,707 * 10 = 7,07 В (см. рис. 2.2). Из соотношения Vср.кв. = 0,707 * Vр следует, что

Vр = 1/0,707 * Vср.кв. = 1,414 * Vср.кв.

Рис. 2.2. Среднеквадратическое значение синусоидального сигнала.

Рис. 2.3. Постоянная составляющая сигнала переменного тока.

Постоянная составляющая в сигнале переменного тока

До сих пор мы имели дело с сигналами переменного тока, которые не содержали постоянной составляющей. Рассмотрим два синусоидальных сигнала, изображенных на рис. 2.3. Левый сигнал не имеет постоянной составляющей, и его положительный пик равен отрицательному. Правый же сигнал содержит составляющую постоянного тока величиной 5 В. Постоянная составляющая переменного тока называется также средним, или усредненным значением сигнала переменного тока. Определим постоянную составляющую сигнала, имеющего прямоугольную форму (рис. 2.4).

Рис. 2.4.

1. Сначала определим положение нулевого уровня. 2. Вычислим площадь А1, лежащую выше нулевого уровня: А1 = 4*1 = 4.

3. Вычислим площадь А2, лежащую ниже нулевого уровня: А2 = 2*1 = 2.

4. Вычислим суммарную площадь: А1 – А2 = 4 – 2 = 2.

5. Отсюда среднее значение напряжения за период равно Суммарная площадь/Время периода = 2/3 = 0,67 В.

Среднеквадратическое значение сложных сигналов

Как уже говорилось, соотношение Среднеквадратическое значение = 0,707 амплитуды справедливо только для синусоидальных сигналов. Среднеквадратическое значение сигналов, имеющих другую форму, может быть определено следующим образом. 1. Определить площадь сигнала за один период. Заметим, что при определении площади отрицательное значение превращается в положительное. 2. Определить среднее значение площади сигнала за период. 3. Вычислить квадратный корень из средней площади сигнала за период. Определим среднеквадратическое значение сигнала, имеющего форму меандра (рис. 2.5(а)). Площадь положительного полупериода этого сигнала равна 3 * 3 = 9. Площадь отрицательного полупериода составля¬ет (-3) * (-3) = 9. Среднее значение площади за период, следовательно, равно 9. Отсюда среднеквадратическое значение напряжения будет корень из 9 = 3 В.

Рис. 2.5. Сравнение среднеквадратических значений прямоугольного и синусоидального сигналов.

Для сравнения определим среднеквадратическое значение синусоидального напряжения, имеющего значение положительной и отрицательной амплитуды +3 В и –3 В соответственно (рис. 2.5(б)): 0,707 * 3 В = 2,12 В.

Как видим, прямоугольный сигнал имеет большее среднеквадратическое значение. Это объясняется тем, что площадь под прямоугольной огибающей больше, чем площадь под синусоидой, хотя оба сигнала имеют одинаковые значения положительного и отрицательного пиков. В данном случае среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала равно его пиковому значению.

На рис. 2.6 изображен прямоугольный сигнал, имеющий только положительные значения. Среднеквадратическое значение этого сигнала меньше его пикового значения. При однополупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение напряжения равно половине его амплитуды. При двухполупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение такое же, как у полной синусоиды, т. е. 0,707 амплитуды (рис. 2.7), поскольку при вычислении среднеквадратического значения положительная полуволна сигнала идентична отрицательной, положительный полупериод идентичен отрицательному. Заметим, что постоянная составляющая, или среднее значение сигнала, это просто усредненное значение напряжения за один период, не имеющее никакого отношения к среднеквадратическому значению.

Рис. 2.6. Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность.

Рис. 2.7. (а) При однополупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,5 амплитуды. (б) При двухполупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,707 амплитуды.

В этом видео наглядно рассказывается о типах тока, в том числе о переменном токе:

Добавить комментарий

JComments

Параметры постоянного тока и напряжения

Сразу следует отметить, что устаревший термин «сила тока» в современной отечественной технической литературе используется уже нечасто и признан некорректным. Электрический ток характеризует не сила, а скорость и интенсивность перемещения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшее за единицу времени через поперечное сечение проводника. Основным параметром для постоянного тока является величина тока.

Единица измерения тока — Ампер. Величина тока 1 Ампер — перемещение заряда 1 Кулон за 1 секунду.

Единица измерения напряжения — Вольт. Величина напряжения 1 Вольт — разность потенциалов между двумя точками электрического поля, необходимая для совершения работы 1 Джоуль при прохождения заряда 1 Кулон.

Для выпрямителей и преобразователей часто бывает важными следующие параметры для постоянного напряжения или тока:

Размах пульсаций

напряжения (тока) — величина, равная разности между максимальным и минимальным значениями.
Коэффициент пульсаций
— величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей AC напряжения или тока к его постоянной составляющей DC.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Источник

Термин: Постоянная составляющая сигнала

Значение постоянной составляющей сигнала – это среднее значение этого сигнала на рассматриваемом промежутке времени. Теоретически постоянная составляющая сигнала вычисляется интегральным выражением
где интервал времени T стремится к бесконечности. При практической интерпретации этого понятия в задачах обработки сигнала интеграл берётся на скользящем интервале времени заданного размера (т.е. по выборке изучаемого участка сигнала). Постоянная составляющая сигнала, исходя из геометрического смысла интеграла, хорошо видна на графике сигнала во времени как величина, равная площади между осью нулевого значения сигнала и графиком (учитывая, что под осью площадь отрицательна, а над осью – положительна). На графике показано красной кривой значение постоянной составляющей X для скользящего окна интегрирования с размером, сравнимым с периодом сигнала.

Для цифрового сигнала оценка постоянной составляющей – это среднее арифметическое выборки из N отсчетов.

В спектральном представлении сигнала информацию о постоянной составляющей сигнала несёт нулевая гармоника спектра этого сигнала.

Размер выборки для вычисления постоянной составляющей зависит от условий задачи. Например, если сигнал имеет выраженные гармонические составляющие с известной частотой, то целесообразно, чтобы выборка включала целое число периодов этих составляющих (иначе на выходе будут пульсации). Если спектр сигнала не известен заранее, можно применить оконную функцию – например, окно Ханна:

Это позволяет уменьшить влияние нецелых периодов на концах выборки. Примеры оконных функций можно найти, например, здесь.

На практике, когда сигналы представлены напряжением или током, для обозначения режима измерения постоянного напряжения или тока, который по сути является режимами измерения постоянной составляющей этих сигналов, широко применяется термин DC (direct current).

Не во всех сигналах постоянная составляющая информационна. Для удаления постоянной составляющей из сигнала применяют фильтры высокой частоты.

Некоторые среды передачи сигнала не позволяют передавать постоянную составляющую сигнала (например, среды, имеющие емкостную или индуктивую гальваническую развязку), Для передачи постоянной составляющей сигнала через такие среды используют различные технические принципы, связанные со специальными способами модуляции и кодирования сигнала.

Постоянная составляющая может быть и не связана с сигналом, а порождаться самим прибором или преобразователем (из-за неидельности его характеристик) в виде смещения нуля.

Источник

Переменная составляющая — ток

Переменная составляющая тока , потребляемого этой схемой от анодного источника питания, в идеальном случае равна нулю. В реальных схемах она также достаточно мала, что ослабляет опасность появления паразитных обратных связей через источник анодного питания и облегчает условия фильтрации напряжения автоматического смещения. [2]

Переменная составляющая тока усиливается трехкас-кадным усилителем напряжения. Выходное напряжение усилителя выпрямляется фазочувствительным синхронным детектором. Выпрямленное и сглаженное фильтром напряжение подается на сетку выходного каскада. [4]

Переменная составляющая тока , потребляемого от источников питания, в идеальном случае равна нулю. [5]

Переменная составляющая тока 100 Гц получается с дополнительной обмотки дросселя 3 — 1ДР, выпрямляется диодами 3 — ЗД и 3 — 4Д и после сглаживания направляется в обмотку магнитоэлектрического реле встречно относительно постоянной составляющей тока от схемы сравнения. [6]

Переменная составляющая тока — та часть периодически изменяющегося тока, которая остается после вычета из этого тока постоянной составляющей. [7]

Переменная составляющая тока проходит через конденсатор С, сопротивление которого значительно меньше сопротивления дросселя L. Постоянная составляющая тока проходит через дроссель L и нагрузочное сопротивление R, на котором выделяется выпрямленное напряжение. [9]

Переменная составляющая тока , текущего через лазер, выделяется трансформатором Т, усиливается и преобразуется АЦП в цифровой вид F для дальнейшей компьютерной обработки. Отсчеты тока во временном цикле накапливаются и компонуются в массив, который приводится к спектральному представлению программой быстрого преобразования Фурье и фильтруется с целью выделения мод, значимых для идентификации. [11]

Переменная составляющая тока через стабилитрон должна составлять — 0 02 от постоянного тока смещения. Переменное напряжение на стабилитроне и калибровочном резисторе RK измеряют вольтметром с избирательным усилителем. [13]

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.

Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

• сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
• мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
• частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Среднеквадратическое значение (действующее) переменного тока

Постоянный ток имеет постоянное значение, и это значение можно ис­пользовать во всех вычислениях. Значение же переменного тока изменяется во времени. Чтобы преодолеть эту трудность, за «постоянное» значение переменного тока приняли и используют его среднеквадратиче­ское значение. Среднеквадратическое значение переменного тока является эквива­лентом значения постоянного тока, при котором вырабатывается такая же мощность, что и при исходном значении переменного тока. Если из­вестно среднеквадратическое значение переменного тока, то его можно использовать для вычисления мощности так же, как если бы это было постоянное напряжение или ток.

мощность пост, тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение;

мощность переменного, тока = Среднеквадратическое значение тока х

х среднеквадратическое значение напряжения.

Значения переменного тока и напряжения всегда задают в виде среднеквадратической величины, за исключением специально оговоренных случаев.

Какое сопротивление имеет электрический обогреватель мощностью 1 кВт?

Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 220 В.

Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы

R = U2/P = 240
2/1000 =
57,6 Ом.

Источники электрического тока

Источником электрического тока обычно называется прибор или устройство, с помощью которого в цепи можно создать электрический ток. Такие устройства могут создавать как переменный ток, так и постоянный. По способу создания электрического тока они подразделяются на механические, световые, тепловые и химические.

Механические источники электрического тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Таким оборудованием являются различного рода генераторы, которые за счет вращения электромагнита вокруг катушки асинхронных двигателей вырабатывают переменный электрический ток.

Световые источники преобразуют энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников при воздействии на них светового потока выдавать напряжение. К такому оборудованию можно отнести солнечные батареи.

Тепловые – преобразуют энергию тепла в электричество за счет разности температур двух пар контактирующих полупроводников – термопар. Величина тока в таких устройствах напрямую связана с разностью температур: чем больше разница – тем больше сила тока. Такие источники применяются, например, в геотермальных электростанциях.

Химический источник тока производит электричество в результате химических реакций. Например, к таким устройствам можно отнести различного рода гальванические батареи и аккумуляторы. Источники тока на основе гальванических элементов обычно применяются в автономных устройствах, автомобилях, технике и являются источниками постоянного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрические устройства в мире используют постоянный и переменный ток. Поэтому возникает потребность в том, чтобы преобразовывать один ток в другой или наоборот.

Из переменного тока можно получить постоянный ток с помощью диодного моста или, как его еще называют, «выпрямителя». Основной частью выпрямителя является полупроводниковый диод, который проводит электрический ток только в одном направлении. После этого диода ток не изменяет своего направления, но появляются пульсации, которые устраняют при помощи конденсаторов и других фильтров. Выпрямители бывают в механическом, электровакуумном или полупроводниковом исполнении.

В зависимости от качества изготовления такого устройства, пульсации тока на выходе будут иметь разное значение, как правило, чем дороже и качественнее сделан прибор – тем меньше пульсаций и чище ток. Примером таких устройств являются блоки питания различных приборов и зарядные устройства, выпрямители электросиловых установок в различных видах транспорта, сварочные аппараты постоянного тока и другие.

Для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный используются инверторы. Такие приборы генерируют переменное напряжение с синусоидой. Существует несколько видов таких аппаратов: инверторы с электродвигателями, релейные и электронные. Все они отличаются друг от друга по качеству выдаваемого переменного тока, стоимости и размерам. В качестве примера такого устройства можно привести блоки бесперебойного питания, инверторы в автомобилях или, например, в солнечных электростанциях.

Физические свойства апериодической составляющей

Подобное состояние тока возникает в момент короткого замыкания. Его продолжительность и характеристики могут быть разными, в зависимости от многих факторов. Например, при наличии у двигателя демпферной обмотки, апериодическая составляющая тока короткого замыкания будет ниже, чем при ее отсутствии. Вначале возникает сверхпереходный ток, который вначале становится просто переходным, и лишь потом он начинает затухать.

Во время двухфазного замыкания, в статоре не появляются скачкообразные изменения тока. В подобных ситуациях, на холостом ходе возникает апериодическая составляющая, параметры которой совпадают с начальной величиной переменной компоненты. Поскольку ток КЗ внутри статора является однофазным, в отдельных случаях появление апериодической компоненты полностью исключается. В двигателях асинхронного типа этот показатель не учитывается, поскольку данные процессы очень быстро затухают. Он не принимается во внимание даже при расчетных вычислениях ударных токов КЗ.

В общем и целом, величина данных компонентов будет отличаться для каждой фазы. Ее начальные параметры будут зависеть от момента появления КЗ. На графиках она представляет собой сплошную кривую линию, поскольку все начальные амплитуды других составляющих будут ей равны, но направлены в обратную сторону.

Наличие апериодической составляющей устанавливается при расхождении контактов. Для ее оценки существует специальный параметр, представляющий собой соотношение между ней и периодической амплитудой в момент размыкания контактов. Время затухания составляет примерно 0,1-0,2 с и сопровождается значительным выделением тепла. Под действием высокой температуры заметно нагреваются токоведущие части и вся аппаратура в целом, несмотря на столь короткий промежуток времени.

Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока

Для выполнения различных задач может потребоваться использование как переменного тока, так и постоянного. У каждого вида тока есть свои недостатки и достоинства.

Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость передачи тока на большие расстояния. Такой ток передавать целесообразнее с точки зрения возможных потерь и стоимости оборудования. Именно поэтому в большинстве электроприборов и механизмов используется только этот вид тока.

Жилые дома и предприятия, инфраструктурные и транспортные объекты находятся на расстоянии от электростанций, поэтому все электрические сети — переменного тока. Такие сети питают все бытовые приборы, аппаратуру на производствах, локомотивы поездов. Приборов, работающих на переменном токе невероятное количество и намного проще описать те устройства, в которых используется постоянный ток.

Постоянный ток используется в автономных системах, таких, например, как бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов. Он широко используется в питании микросхем различной электроники, в средствах связи и прочей технике, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций или исключить их полностью. В ряде случае, такой ток используется в электросварочных работах с помощью инверторов. Существуют даже железнодорожные локомотивы, которые работают от систем постоянного тока. В медицине такой ток используется для введения лекарств в организм с помощью электрофореза, а в научных целях для разделения различных веществ (электрофорез белков и прочее).

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Полный ток при наступлении КЗ

Сама по себе апериодическая компонента не может быть рассмотрена, поскольку она является одной из составных частей тока короткого замыкания. В электрической сети присутствуют сопротивления индуктивного характера, не дающие току мгновенно изменяться в момент появления КЗ. Рост нагрузочного тока проистекает не скачкообразно, а согласно определенных законов, предполагающих переходный период от нормального к аварийному значению. Расчетно-аналитическая работа значительно упрощается, когда ток КЗ во время перехода рассматривается как две составные части – апериодическая и периодическая.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

Электрификация железных дорог на переменном токе

подаётся на контактный провод, вторым (обратным) проводом служат рельсы. Также проводится электрификация по системе 2 × 25 кВ(два по двадцать пять киловольт)

, когда на отдельный питающий провод подаётся напряжение

50 кВ (обычно до 55 кВ, с учётом потерь)

, а на контактный провод от автотрансформаторов подаётся половинное напряжение от 50 кВ
(то есть 25 кВ)
. Электровозы и электропоезда переменного тока при работе на участках 2 × 25 кВ в переделке не нуждаются.

Проводится политика на дальнейшее расширение полигона тяги переменного тока как за счёт вновь электрифицируемых участков, так и за счёт перевода некоторых линий с постоянного тока на переменный ток. Переведены в 1990-е — 2000-е годы:

— на Восточно-Сибирской железной дороге: участок Слюдянка — Иркутск — Зима; — на Октябрьской железной дороге: участок Лоухи — Мурманск; — на Приволжской железной дороге: Саратовский и Волгоградский железнодорожные узлы; — на Северо-Кавказской железной дороге: участки Минеральные Воды — Кисловодск и Бештау — Железноводск.

Определение постоянного тока

В идеальном случае постоянный ток не меняет своего значения и направления со временем. В действительности постоянный ток не является постоянной величиной в выпрямительных устройствах, так как он содержит переменную составляющую (пульсации).

Форма составляющих постоянного тока

В гальванических элементах постоянный ток тоже не постоянен, его значение уменьшается на нагрузке с течением времени, таким образом, постоянный ток является условным определением и при его использовании, изменениями постоянной величины пренебрегают.

Примечания

1. Д. Г. Максимов.
   Курс электротехники. — Издание третье, переработанное. — Москва: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1958. — С. 298. — 786 с.
2. Теоретическая и практическая важность синусоидального гармонического
   тока обусловлена тем, что он имеет минимальную ширину спектра. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации гармонических составляющих, имеющих соответствующие амплитуды, частоты и фазы. См. Гармонические колебания#Применение, Ряд Фурье.

Постоянная составляющая тока (DС)

DC — это Direct Current в переводе как постоянный ток. Графически в форме тока можно увидеть его изменения во времени или пульсации. Такие пульсации возникают в форме постоянного тока в выпрямителях с фильтрами, где используются небольшие емкости. В выпрямительных устройствах без использования емкостей пульсация может быть большой.

Пульсирующий ток на выходе выпрямителя без емкостей иногда называют импульсным током. На графике пульсирующего тока отображены постоянная составляющая DC (прямая линия) и переменная AC (пульсации). Постоянная составляющая тока определяется как среднее значение тока в течение периода.

AVG — это среднее значение постоянного тока. Переменную составляющую AC можно рассматривать как изменение постоянного тока относительно средней величины . Пульсацию формы постоянного тока определяют по формуле.

Где Iac – среднее значение переменной составляющей AC, Idc — постоянная составляющая тока.

Всё вышесказанное также относится и к постоянному напряжению.

Содержание

• 1 Общее понятие о переменном токе
• 2 Периодический переменный ток 2.1 Стандарты частоты

Параметры постоянного тока и напряжения

Интенсивность электрического тока выражается в количестве зарядов перемещенных за промежуток времени через поперечное сечение проводника. Одним из важных параметров постоянного тока является величина тока, которая измеряется в Амперах. Интенсивность тока в 1 Ампер заключается в перемещении заряда один Кулон в течение 1 секунды.

Напряжение постоянного тока измеряется в Вольтах. Напряжение постоянного тока представляет собой разность потенциалов между двумя точками одной электрической цепи. Также важным параметром для постоянного напряжения является размах пульсации и коэффициент пульсации. Размах пульсации представляет собой разность между максимальной величиной пульсации и минимальной.

А коэффициент пульсации выражается в отношении действующей величины переменной составляющей (AC) тока к постоянному значению составляющей (DC). Также важным параметром постоянного тока является мощность P. Мощность постоянного тока можно характеризовать его работой за определенный промежуток времени. Мощность измеряется в Ваттах и определяется по формуле:

P = I/U.

Согласно этой формуле одинаковую мощность можно получить при разных токах и напряжениях.

AudioKiller’s site

Идет мужик по улице и громко хлопает в ладоши. Его спрашивают: – Ты чего в ладоши хлопаешь? – Крокодилов разгоняю! – Так нет же никаких крокодилов! – Так это потому, что я их разогнал!

Старый анекдот

Анекдот, приведенный в эпиграфе, очень хорошо отражает ситуацию с постоянкой в сети. Все с нею успешно борются. Интернет-форумы полны рассказами о том, как стала лучше звучать аппаратура после установки фильтра, устраняющего в сети постоянное напряжение. Только вот идиллию портят три малюсеньких момента:

1. Опасность постоянки в сети для трансформаторов декларируется умозрительно. Насколько это все ухудшает работу в действительности – таких исследований я что-то не встречал.
2. Половина схем, предлагаемых для устранения постоянного напряжения из сети, на самом деле этого не делает, а некоторые наиболее неудачные схемы еще и прибавляют помех.
3. Никто из тех, кто удалил постоянное напряжение в сети и сразу так хорошо услышал улучшение звука, это самое постоянное напряжение в сети вообще не измерял! И совершенно не в курсе – было оно там, или его не было вообще! Тем не менее постоянку успешно удалил и звук улучшил.

В общем, разгон крокодилов осуществляется и весьма успешно.

Есть множество людей, убежденных, что устройства, включаемые в сеть, нужно защищать от постоянного напряжения. И от ряда других вещей, присутствующих в ней помимо напряжения 220 вольт 50 герц. Их поддерживают продавцы дорогущих (минимум 1000$) устройств, называемых кондиционерами сети.

Есть также множество людей, считающих, что все это фигня – все аппараты, включенные в сеть, прекрасно работают и без сетевых кондиционеров. Даже высоковольтные помехи не очень-то и страшны – в крайнем случае поставил варистор, и все дела. Тем более, что есть определенные ГОСТы и нормы на качество электроэнергии, и во всех наших договорах с ее поставщиками гарантируется соответствие качества энергии стандарту.

Обе эти группировки спорят на интернет-форумах вплоть до ругани. Кто прав?

С одной стороны, сеть – очень стабильная штука. По пути от электростанции к потребителю ток проходит через ряд мощных трансформаторов, которые отсекают и постоянный ток, и все, что сильно отличается от частоты 50 Гц. С другой стороны, трансформаторы не идеальны (а переходные процессы в трансформаторах – это вообще что-то!), да еще от трансформатора до квартиры конечного потребителя тянется длинный провод, имеющий и сопротивление, и индуктивность (и ловящий заодно ВЧ помехи). А совсем рядом, у соседей за стеной, может работать какое-нибудь «злое» устройство. Несимметричная для обоих полупериодов сети нагрузка дает постоянную составляющую, а трансформатор, который может ее подавить, слишком далеко. Фантастика? А вы посмотрите на реальную сеть. Ее пикфактор, измеренный мною в нескольких районах моего города, равняется где-то 1,35 вместо 1,41. Это из-за «обрезания» верхушек синусоиды многочисленными блоками питания. Т.е. синусоида в сети выглядит «более приплюснутой», чем должна быть. И где тут соответствие ГОСТам? Кстати, переходные процессы при коммутации мощной нагрузки могут быть очень неприятными. По идее, устройства, включаемые в сеть, не должны создавать помех в сети… Вы верите в идею?

Но самое главное что все заявления как сторонников, так и противников постоянки в сети – умозрительны! Ни те, ни другие постоянное напряжение в сети никогда не измеряли!!! Поэтому все эти высказывания абсолютно ничего не стоят, ведь на самом деле может быть и так, и эдак, и вообще по третьему!

Я сам всегда придерживался умеренных взглядов и считал, что если в сети что-то такое и есть, то не очень и страшно. Высокочастотные помехи умеют проникать сквозь емкости, поэтому с ними надо бороться. А низкочастотные…

Но одно дело взгляды, другое дело реальность. Вот я и решил взять и убедиться, кто прав и что в сети на самом деле происходит. Специальных исследований на эту тему я не встретил, кроме того, мне очень интересно состояние сети не где-то там, а у меня дома. Поэтому я и решил исследовать все самостоятельно, тем более, что такая возможность у меня есть.

Пару раз я уже отслеживал постоянку в сети. Собирал макеты измерительных схем, подключал стрелочный вольтметр и следил за ним визуально. И ничего криминального не увидел. Но такая метода не очень эффективна: по своей идее сеть идеальна, а если в ней что-то случается, то это скорее исключение, чем правило. Если следить за стрелкой целый день, то может быть, что-то заметишь (если именно в этот день возникнут проблемы). Но не выходит целый день пялиться на стрелку. Кроме того, большая постоянная времени этой измерительной системы (около минуты) полезна для измерения «постоянной» постоянки, но при измерении постоянки, время от времени возникающей, возникает заметная погрешность.

Не так давно у меня поменялся парк измерительной техники, и появилась возможность автоматически регистрировать измеряемую величину в течение длительного времени с небольшим периодом – начиная от долей секунды. Общее число измерений при этом может составлять десятки тысяч. Под эти новые измерительные приборы была разработана и изготовлена новая измерительная система, более удобная для измерений. И с этими новыми измерительными возможностями я подключился к сети.

Очень важно: Не пытайтесь самостоятельно измерить постоянное напряжение в сети – его обычным вольтметром не измеришь! Ведь измерять надо постоянное напряжение в десятки милливольт на фоне переменного напряжения 220 вольт. В лучшем случае сгорит вольтметр. Для таких измерений нужна специальная измерительная схема!

Первая же серия измерений, сделанная в течение 10 минут с интервалом между измерениями 0,5 секунды, показала, что не так все просто.

Постоянная времени измерительной цепи порядка одной секунды, поэтому частоты ниже примерно 1/5 Герца проходят без ослабления. Видите, что получается: не столько даже постоянное напряжение, сколько какие-то инфранизкочастотные колебания, да еще и какая-то импульсная, но тоже довольно низкочастотная помеха (вполне возможно, что эта помеха была еще и высокочастотной, но ВЧ помехи мы давим сетевыми фильтрами). Может быть, в этом сигнале и возможно выделить постоянку, но все же весьма условно – уж очень мала амплитуда.

Измеряем дальше.

Как говорил персонаж одного великолепного мультика: «С этой стороны ничуть не лучше». Если все это дело усреднить, то постоянная составляющая будет равна что-то порядка 4 мВ. Нечто подобное – маленькое напряжение – я и наблюдал при своих старых измерениях. Поэтому и не нашел никакого криминала. Если же не сглаживать с большой постоянной времени, то видно, что постоянная составляющая – это вообще не проблема. А вот такие жутковатые колебания – это что-то. Не понятно, правда, насколько это вредно и для кого.

Продолжаем, но время наблюдения увеличиваем (поскольку по ходу дела я тренируюсь и осваиваю технику).

Опачки! Очень похоже на предыдущий график – никакой постоянки (посмотрите на измерения в промежутке времени 2…4 минуты – вообще ноль!). Зато все время идут какие-то странные пачки импульсов. Откуда они берутся – неясно.

С ростом опыта и совершенствованием измерительной системы, начал измерять непрерывно по часу. Следующее измерение получилось вот таким.

И снова принцип повторяется – преобладает «высокочастотная» помеха. Она накладывается на что-то пилообразное (видите: два периода, когда график растет примерно от -10 мВ до примерно +10 мВ). При среднем за время наблюдения, т.е. «абсолютно постоянном» напряжении в 1,5 милливольта, в общем-то, напряжение изменяется от -20 до +20 милливольт. Период этих «быстрых» изменений порядка минуты. И можно ли это считать постоянкой? Пока не будем вопросы задавать, и понаблюдаем еще.

Еще один час наблюдений дал такую картинку.

Вот тут уже можно говорить о некоторой постоянной составляющей напряжений сети. Но вся эта постоянная составляющая абсолютно теряется на фоне, опять же непонятно каких, странных помех амплитудой чуть ли не в 80 милливольт и с периодом в ту же примерно минуту. Пока что измерения проводились большей частью в рабочие дни по вечерам (где-то примерно между 17.00 и 20.00). Так что вряд ли это промышленные помехи: несмотря на то, что вокруг моего дома несколько действующих заводов (в том числе радиозаводов), они в это время уже не должны работать, да и мой дом питается от «довольно отдельной» трансформаторной будки во дворе.

Следующее наблюдение весьма занятное.

Что получается? Постоянки вообще никакой, но пару раз за время наблюдения на пару минут возникало что-то вообще невообразимое. 200…250 милливольт, а это весьма не мало. Правда в тот момент у меня в сеть не было включено ничего такого, что могло бы «посадить» эти всплески. Если же такие всплески не «просаживаются», а реально прикладываются к первичной обмотке трансформатора, то это скорее всего нехорошо. И вполне возможно, что при этом нормальная работа трансформатора нарушается. Продолжаем наблюдать.

Теперь делаем «большой забег» на 4 часа с интервалом между измерениями 2 секунды. И вот что видим.

Снова та же картина, 2 часа ничего не происходит, никакого криминала, никакого постоянного напряжения в сети, какой-то шум болтается в районе 5…10 мВ целых 2,5 часа. А потом где-то что-то включилось. И почти час перла мощная сравнительно высокочастотная (насколько это может быть с частотами в доли герц) помеха. А через час снова выключилось. Ни с чем у меня это дело не ассоциируется, нигде ничего не гудело, не шумело, никаких видимых «помеходелательных» явлений замечено не было. При этом я жил как обычно, пользовался домашними приборами, компьютером (и при других измерениях тоже). Так что это не мои помехи.

Детальное исследование этой помехи показано на следующем графике. Точки на нем – это моменты измерений, которые производились с интервалом 2 секунды.

На графике 13 пиков за 5 минут, следовательно, частота этих довольно синусоидальных колебаний около 0,04 Гц при амплитуде до 100 мВ. Постоянная составляющая здесь присутствует и составляет примерно 30 мВ, т.е. практически теряется на фоне этих колебаний.

Ну что же, пора делать вывод.

Итак, первые пробные измерения показали, что не все так просто в сети. Явно выраженное постоянное напряжение практически отсутствует. Зато бывают жутковатые всплески и нередки инфранизкочастотные колебания. Что дальше?

А дальше я буду продолжать исследования. Вот предполагаемые мною направления работы, по каждому из которых я отдельно отпишу результаты.

1. Доработать измерительное устройство. Собственно, это «хитренький» фильтр, со страшной силой обрезающий сигналы выше примерно 0,5 Гц.

2. Подробнее исследовать все эти странности – всплески и «инфраНЧ» колебания. К сожалению, нельзя заранее предсказать, когда эти бяки в сети появятся (я своими штатными бытовыми приборами так и не смог создать ничего подобного, так что откуда берутся в сети эти помехи – не знаю). Так что возможно проведение только пассивного эксперимента: наблюдать за сетью, выяснять в какие дни недели и в какое время такие явления наиболее вероятны. А это дело недель и месяцев (учитывая, что кроме этих исследований у меня иногда бывают еще некоторые дела, например, работа). Потом, определив периоды с наибольшей вероятностью «нечистой сети», понаблюдать за сетью уже более подробно и поискать артефакты, подобные приведенным выше.

3. Проверить, как это все дело влияет на работу трансформаторов. Причем разных. Как провести эксперимент с постоянкой я хорошо представляю, а вот с инфранизкочастотными колебаниями – надо подумать (мысли есть, но надо экспериментировать). И наконец выяснить, насколько все это страшно.

4. И если от этих помех и постоянного напряжения в сети защищаться все же надо, то хочется разработать схему защиты, которая бы, во-первых работала, а во-вторых – защищала бы электронные устройства не от чего-то там непонятного, а от этих вот конкретных неприятностей, которые мы в сети и наблюдаем.

Вот примерно такая программа на будущее. И я потихоньку этим занимаюсь. Пока что измеряю сеть в фоновом режиме…

02.06.2013

Total Page Visits: 1 — Today Page Visits: 1

Единицы измерения

Мощность автомобилей исчисляют в лошадиных силах – единице измерения, придуманной изготовителями паровых двигателей с целью измерения работоспособности своих агрегатов в обычном источнике энергии того времени. Мощность автомобиля не говорит, как высоко он может заехать на холм или сколько веса он может перевезти, а только показывает, как быстро он это сделает.

Мощность двигателя зависит от его скорости и вращающего момента выходного вала. Скорость измеряют в оборотах в минуту. Вращающий момент – это момент силы двигателя, который измерялся первоначально в фунт-футах, а сейчас в ньютон-метрах или джоулях.

Тракторный двигатель в 100 л. с. вращается медленно, но с большим крутящим моментом. Мотоциклетный двигатель равной мощности вращается быстро, но с небольшим крутящим моментом. Уравнение расчёта мощности имеет вид:

P = 2π S T / 33000, где S – скорость вращения, об/мин, а T – момент вращения.

Переменными здесь являются момент и скорость. Иначе говоря, мощность прямо пропорциональна ST: P~ST.