Переменный электрический ток
Часто в технической литературе переменным называют ток, который меняет только величину, но не меняет направление, например, пульсирующий ток.
Необходимо помнить при расчётах, что переменный ток в этом случае является лишь составляющей частью общего тока.
Такой вариант можно представить как переменный ток AC с постоянной составляющей DC. Либо как постоянный ток с переменной составляющей, в зависимости от того, какая составляющая наиболее важна в контексте.
В реальности постоянный ток не может сохранять свою величину постоянной, поэтому существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины, либо в качестве составляющей (DC) для периодически меняющегося электрического тока любой формы. Тогда величина DC будет равна среднему значению тока за период, и будет являться нулевой линией для переменной составляющей AC.
При синусоидальной форме тока, например в электросети, постоянная составляющая DC равна нулю.
Термины AC и DC применимы как для тока, так и для напряжения.
Параметры переменного тока и напряжения
Величина переменного тока, как и напряжения, постоянно меняется во времени. Количественными показателями для измерений и расчётов применяются их следующие параметры:
Обычно используется при расчётах тока и напряжения синусоидальной формы. Тогда в пределах периода можно не рассматривать частоту и время, а исчисления производить в радианах или градусах. T = 2π = 360°
Начальная фаза может быть положительной или отрицательной величиной, соответственно справа или слева от нуля на графике.
Последовательность всех мгновенных значений в любом интервале времени можно рассмотреть как функцию изменения тока или напряжения во времени.
Например, синусоидальный ток или напряжение можно выразить функцией:
i = I ampsin(ωt); u = U ampsin(ωt)
С учётом начальной фазы:
i = I ampsin(ωt + ψ); u = U ampsin(ωt + ψ)
Среднее значение является постоянной составляющей DC напряжения и тока.
Для синусоидального тока (напряжения) среднее значение равно нулю.
Для синусоидального тока или напряжения средневыпрямленное значение равно среднеарифметическому за положительный полупериод.
Для синусоидального тока и напряжения амплитудой I amp (U amp) среднеквадратичное значение определится из расчёта:
Коэффициент амплитуды и коэффициент формы
Для удобства расчётов, связанных с измерением действующих значений при искажённых формах тока, используются коэффициенты, которыми связаны между собой амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
Прописные истины для новичков.
Как рассчитать шунт для амперметра?
Почему, я намотал вторичную обмотку на 12 вольт, а блок питания у меня выдаёт 16 вольт?.
Как измерить, какую мощность выдаёт усилитель низкой частоты?
Такие вопросы порой часто возникают от новичков радиолюбителей. Кратко напомним им, чем нужно руководствоваться в своей практической деятельности.
Закон Ома.
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка.
В этом треугольнике Ома, нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для ее вычисления.
Закон Ома также применяется ко всей цепи, но в несколько изменённой форме:
Электрические измерения.
Нарисуем простейшую электрическую цепь, состоящую из батареи «В» и нагрузки «R», и рассмотрим, как необходимо измерять протекающий по цепи ток, и напряжение на нагрузке.
На рисунке выше показан порядок включения амперметра и вольтметра для измерения напряжения на нагрузке и протекающего через неё тока. Так же указана полярность подключения измерительных приборов в измеряемую цепь.
Постоянный и переменный ток.
На рисунке выше, на графиках изображены диаграммы постоянного (а), и переменного (б) тока.
Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменения тока, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.
Промежуток времени, на протяжении которого совершается половина полного цикла изменения тока, называется полупериодом. Следовательно, период изменения тока (ЭДС или напряжения) состоит из двух полупериодов. Совершенно очевидно, что все периоды одного и того же переменного тока равны между собой.
В течение одного периода своего изменения,ток дважды достигает максимального значения.
Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.
Действующее (эффективное) и амплитудное значение переменного синусоидального тока (напряжения).
Все электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры), отградуированы для измерения действующего значения синусоидального тока или напряжения.
Все конденсаторы в выпрямительных фильтрах соответственно заряжаются до величины амплитудного значения.
Можно посчитать, что при действующем напряжении сети 220 В, амплитудное его значение будет составлять 310 вольт (220 помножить на 1,41).
Отсюда вытекает, что если собрать выпрямитель переменного действующего напряжения 220 вольт, то конденсаторы фильтра необходимо применять на рабочее напряжение не менее чем на 350 вольт, так как они заряжаются до амплитудного (максимального) значения переменного напряжения, а ещё лучше не менее 400 вольт, для обеспечения надёжности работы выпрямителя.
Ответим на вопросы в начале статьи;
Выпрямитель. Умножитель. Преобразование переменного тока в постоянный.
Наши жилища по электрической сети снабжаются переменным током.
Я расскажу о нескольких способах выпрямления электрического тока и о схемах, применяемых для этого.
Это ток, меняющийся не только по величине, но и по направлению, поэтому, одно из направлений переменного тока в цепи условно считают положительным, а другое, противоположное ему, условно отрицательным, а знак его определяется тем, в каком направлении в данный момент протекает ток в цепи — в положительном или отрицательном направлении.
Мгновенным значением переменного тока называется величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени.
Амплитудой переменного тока называется максимальное мгновенное значение тока, которого он достигает в процессе своего изменения .
График зависимости переменного тока от времени называется развёрнутой диаграммой переменного тока.
Если сложить все положительные и отрицательные мгновенные значения переменного синусоидального тока за период, то их сумма будет равна нулю. Но тогда и среднее значение этого тока за период также равно нулю:
Среднее значение синусоидального тока за период не может служить для измерения этого тока.
Поэтому, чтобы судить о величине переменного синусоидального тока, переменный ток сравнивают с постоянным током по их тепловому действию.
Действующее значение переменного синусоидального тока численно равно значению такого постоянного тока, при котором в одинаковом сопротивлении за одинаковый отрезок времени ими выделяется одинаковое количество тепла.
Экспериментально получено и теоретически подтверждено, что действующее значение переменного синусоидального тока в 1,4 раза меньше амплитуды этого тока.
Амперметр электромагнитной системы, включенный в цепь переменного синусоидального тока, показывает действующее значение тока.
Большинство наших портативных устройств питаются постоянным током. А получают его «выпрямив» тем или иным способом переменный ток.
Вот именно о способах выпрямления электрического тока я и расскажу в этой статье.
Выпрямитель электрического тока – это устройство, предназначенное для преобразования входного электрического переменного тока в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток). Большинство выпрямителей создаёт пульсирующий ток, а для сглаживания пульсаций применяют фильтры.
Существует несколько схематических решений выпрямителей:
Конденсатор C1 заряжается до амплитуды входного напряжения во время отрицательного полупериода входного переменного напряжения. Его правый вывод соединен с общим проводом через открытый диод D1. Его левый вывод заряжается отрицательным пиком входного переменного напряжения.
Диоды должны выдерживать обратное трехкратное напряжение от выходного напряжения. Емкость С2 в 2 раза больше емкости С1.
На двух диодах и двух конденсаторах, известна так же, как «схема с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура — Делона — Гренашера». При положительной полуволне входного напряжения работает выпрямитель на диоде D1, заряжая конденсатор C1, а при отрицательной полуволне — выпрямитель на диоде D2, заряжающий конденсатор C2. В результате и C1, и C2 заряжаются до уровня входного напряжения, а при их последовательном включении суммарное напряжение равно удвоенному входному. Отличие схемы от предыдущей, в пониженном выходном сопротивлении. Однако выходные конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1.5 раза выше, чем напряжение на выходе!
Выпрямитель на четырёх диодах, известный так же, как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем. Среднее напряжение вдвое больше, чем в четвертьмостовом. Частота пульсаций равна удвоенной частоте сети.
В мостовой схеме ток нагрузки протекает через два последовательно соединённых диода, в однополупериодной — через один.
Позволяет применять диоды со средним током почти вдвое меньшим, чем в однофазном полномостовом. Выпрямитель применялся, тогда, когда медь была дешевле диодов.
Выпрямители с умножением напряжения применяются в тех случаях, когда по каким-то причинам входное переменное напряжение должно быть ниже, чем выходное постоянное.
В 1901 году Поль Ульрих Виллард ( Paul Ulrich Villard) предложил схему выпрямителя, которая состоит из конденсатора, включенного последовательно с обмоткой трансформатора и диода, включенного параллельно нагрузке. Во время отрицательного полупериода ток течёт по цепи: «источник переменного тока — конденсатор — диод», конденсатор заряжается. Во время положительного полупериода – диод закрыт и заряженный конденсатор включается последовательно с трансформатором, напряжения на них складываются.
Схема этого выпрямителя предложена в 1914 году швейцарским физиком Генрихом Грайнахером. Этот выпрямитель имеет 2 диода. Принцип действия тот же, что и у выпрямителя Вилларда. Такая схема часто используется в качестве амплитудного детектора в радиоприёмниках.
Мостовой удвоитель напряжения Делона напоминает мост Гретца, но в отличие от него в одном из плеч моста вместо диодов установлены конденсаторы. За счёт этого во время каждой полуволны во входную цепь подключается то один, то другой конденсатор, а напряжение на выходе выпрямителя складывается из напряжений на двух конденсаторах.
Умножитель Кокрофта — Уолтона позволяет увеличивать выходное напряжение в несколько раз. Применяется в схемах, где необходимо получать очень высокое напряжение.
Видео о выпрямителях и умножителях напряжения Вы можете посмотреть на моём канале YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=jsDWAMFpK2A& Приятного просмотра!
А о практическом применении этих схем я расскажу в следующий раз!