Что означает ac dc в блоке питания

Изменение постоянного тока
от источника питания без сглаживания,
это не подходит для электроники.

Свойства электрических сигналов

Электрический сигнал — это напряжение или ток, который передает информацию, обычно это означает напряжение. Этот термин может использоваться для обозначения любого напряжения или тока в цепи.

Приведенный ниже график зависимости напряжения от времени показывает различные свойства электрического сигнала. В дополнение к свойствам, отмеченным на графике, есть частота, которая представляет собой количество циклов в секунду.

На диаграмме показана синусоида, но свойства применимы к любому сигналу с постоянно повторяющейся формой.

• Амплитуда — это максимальное напряжение, достигаемое сигналом. Измеряется в вольтах, В.
• Пиковое напряжение — это другое название амплитуды.
• Пик-пик напряжения в два раза превышает пиковое напряжение (амплитуда). При чтении осциллограммы обычно измеряют пиковое напряжение.
• Период времени – это время, за которое сигнал завершает один цикл. Он измеряется в секундах (с), но периоды времени, как правило, короткие, поэтому часто используются миллисекунды (мс) и микросекунды (мкс).
  1 мс = 0,001 с и 1 мкс = 0,000001 с.
• Частота – это количество циклов в секунду. Он измеряется в герцах (Гц), но частоты имеют тенденцию быть высокими, поэтому часто используются килогерцы (кГц) и мегагерцы (МГц).
  1 кГц = 1000 Гц и 1 МГц = 1 000 000 Гц.

Частота и период времени

Частота и период времени обратно пропорциональны друг другу:

В Великобритании электрическая сеть имеет частоту 50 Гц, поэтому период времени составляет 1 /₅₀ = 0,02 с = 20 мс.

Среднеквадратичные значения (RMS)

Величина напряжения переменного тока постоянно изменяется от нуля до положительного пика, от нуля до отрицательного пика и снова до нуля. Очевидно, что большую часть времени оно меньше пикового напряжения, поэтому это не является хорошей мерой его реального эффекта.

Вместо этого мы используем среднеквадратичное напряжение (V_RMS), которое равно 0.7 пикового напряжения (V_пик):

Эти уравнения применимы и к текущему.

Важно отметить, что эти уравнения верны только для синусоид (наиболее распространенный тип переменного тока), потому что коэффициенты 0,7 и 1,4 являются разными значениями для других форм.

Среднеквадратичное значение — это действующее значение переменного напряжения или тока. Это эквивалентное постоянное значение постоянного тока, которое дает тот же эффект.

Например, лампа, подключенная к источнику переменного тока со среднеквадратичным значением 6 В, будет светиться с той же яркостью при подключении к постоянному источнику постоянного тока с напряжением 6 В. Однако при подключении к источнику переменного тока с пиковым напряжением 6 В лампа будет тусклее, поскольку среднеквадратичное значение этого источника составляет всего 4,2 В (что эквивалентно постоянному напряжению 4,2 В постоянного тока).

Возможно, вам будет удобно рассматривать среднеквадратичное значение как нечто среднее, но помните, что на самом деле это НЕ среднее значение! На самом деле среднее напряжение (или ток) типичного сигнала переменного тока равно нулю, потому что положительная и отрицательная части точно компенсируются.

Что показывают измерители переменного тока: среднеквадратичное или пиковое напряжение?

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока.

Что на самом деле означает «6 В переменного тока»: среднеквадратичное или пиковое напряжение?

Если имеется в виду пиковое значение, оно должно быть четко указано, в противном случае предполагается, что это среднеквадратичное значение. При повседневном использовании переменные напряжения (и токи) всегда указываются как среднеквадратичные значения, потому что это позволяет провести разумное сравнение с устойчивыми постоянными напряжениями (и токами), например, от батареи.

Например, "питание 6 В переменного тока" означает среднеквадратичное значение 6 В, пиковое напряжение составляет 8,4 В. Напряжение сети в Великобритании составляет 230 В переменного тока, что означает среднеквадратичное значение 230 В, поэтому пиковое напряжение сети составляет около 320 В.

Так что же на самом деле означает среднеквадратичное значение корня (RMS)?

Сначала возведите в квадрат все значения, затем найдите среднее (среднее) этих квадратных значений за полный цикл и найдите квадратный корень из этого среднего. Это среднеквадратичное значение. Смущенный? Не обращайте внимания на математику (она выглядит сложнее, чем есть на самом деле), просто примите, что среднеквадратичные значения напряжения и тока являются гораздо более полезными величинами, чем пиковые значения.

Политика конфиденциальности и файлы cookie

electronicsclub.info © John Hewes, 2022

Хостом этого веб-сайта является компания Freethought, и я рад порекомендовать их за хорошую цену и отличное обслуживание клиентов.

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, например, от электросети, в значения напряжения и тока, необходимые для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.< /p>

Задачей блока питания является питание нагрузки надлежащим напряжением и током. Ток должен подаваться контролируемым образом — и с точным напряжением — к широкому диапазону нагрузок, иногда одновременно, не позволяя изменениям входного напряжения или других подключенных устройств влиять на выход.

Источник питания может быть внешним, что часто встречается в таких устройствах, как ноутбуки и зарядные устройства для телефонов, или внутренним, например в более крупных устройствах, таких как настольные компьютеры.

Источник питания может быть регулируемым или нерегулируемым. В регулируемом источнике питания изменения входного напряжения не влияют на выходное. С другой стороны, в нерегулируемом источнике питания выход зависит от любых изменений на входе.

Единственное, что объединяет все источники питания, это то, что они берут электроэнергию от источника на входе, каким-то образом преобразуют ее и передают на нагрузку на выходе.

Мощность на входе и выходе может быть переменного тока (AC) или постоянного тока (DC):

• Постоянный ток (DC) возникает, когда ток течет в одном постоянном направлении. Обычно это происходит от батарей, солнечных элементов или преобразователей переменного тока в постоянный. Постоянный ток является предпочтительным типом питания для электронных устройств.
• Переменный ток (AC) возникает, когда электрический ток периодически меняет свое направление. Переменный ток — это метод, используемый для доставки электроэнергии по линиям электропередачи в дома и на предприятия.

Поэтому, если переменный ток используется в вашем доме, а постоянный ток необходим для зарядки телефона, вам понадобится блок питания переменного/постоянного тока, чтобы преобразовывать поступающее переменное напряжение. от электросети к напряжению постоянного тока, необходимому для зарядки аккумулятора вашего мобильного телефона.

Что такое переменный ток (AC)

Первым шагом при проектировании любого источника питания является определение входного тока. И в большинстве случаев источником входного напряжения электросети является переменный ток.

Типичной формой волны переменного тока является синусоида (см. рис. 1).`

Рисунок 1. Форма волны переменного тока и основные параметры

Есть несколько показателей, которые необходимо учитывать при работе с блоком питания переменного тока:

• Пиковое напряжение/ток: максимальное значение амплитуды, которое может достичь волна.
• Частота. Количество циклов волны в секунду. Время, необходимое для завершения одного цикла, называется периодом.
• Среднее напряжение/ток: среднее значение всех точек, которые принимает напряжение в течение одного цикла. В чисто переменном токе без наложенного постоянного напряжения это значение будет равно нулю, поскольку положительная и отрицательная половины компенсируют друг друга.
• Среднеквадратичное значение напряжения/тока: оно определяется как квадратный корень из среднего за один цикл квадрата мгновенного напряжения. В чистой синусоидальной волне переменного тока ее значение можно рассчитать с помощью уравнения (1): $$V_ \over \sqrt 2 $$
• Его также можно определить как эквивалентную мощность постоянного тока, необходимую для получения того же эффекта нагрева. Несмотря на его сложное определение, он широко используется в электротехнике, поскольку позволяет найти действующее значение переменного напряжения или тока. Из-за этого его иногда обозначают как V_AC.
• Фаза: угловая разница между двумя волнами. Полный цикл синусоиды делится на 360°, начиная с 0°, с пиками на 90° (положительный пик) и 270° (отрицательный пик) и дважды пересекая начальную точку, на 180° и 360°. Если две волны нанесены вместе, и одна волна достигает своего положительного пика в то же время, когда другая достигает своего отрицательного пика, тогда первая волна будет на 90 °, а вторая волна будет на 270 °; это означает, что разность фаз составляет 180°. Эти волны считаются противофазными, так как их значения всегда будут иметь противоположные знаки. Если разность фаз равна 0 °, мы говорим, что две волны совпадают по фазе.

Переменный ток (AC) — это способ передачи электроэнергии от генерирующих объектов к конечным потребителям. Он используется для передачи электроэнергии, поскольку в процессе транспортировки электричество необходимо несколько раз преобразовать.

Электрические генераторы производят напряжение около 40 000 В или 40 кВ. Затем это напряжение повышается до значений от 150 кВ до 800 кВ, чтобы снизить потери мощности при передаче электрического тока на большие расстояния. Как только он достигает места назначения, напряжение снижается до 4–35 кВ. Наконец, прежде чем ток достигнет отдельных пользователей, он снижается до 120 В или 240 В, в зависимости от местоположения.

Все эти изменения напряжения были бы либо сложными, либо очень неэффективными для постоянного тока (DC), поскольку линейные трансформаторы зависят от колебаний напряжения для передачи и преобразования электрической энергии, поэтому они могут работать только с переменным током (AC).

Линейный и импульсный источник питания переменного/постоянного тока

Линейный источник питания переменного/постоянного тока

Линейный блок питания переменного/постоянного тока имеет простую конструкцию.

При использовании трансформатора входное напряжение переменного тока (AC) снижается до значения, более подходящего для предполагаемого применения. Затем пониженное напряжение переменного тока выпрямляется и преобразуется в напряжение постоянного тока, которое фильтруется для дальнейшего улучшения качества сигнала (рис. 2).

Рисунок 2. Блок-схема линейного блока питания переменного/постоянного тока

Конструкция традиционного линейного источника питания переменного/постоянного тока с течением времени развивалась, улучшаясь с точки зрения эффективности, диапазона мощности и размера, но эта конструкция имеет некоторые существенные недостатки, которые ограничивают ее интеграцию.

Огромным ограничением линейного источника питания переменного/постоянного тока является размер трансформатора. Поскольку входное напряжение преобразуется на входе, необходимый трансформатор должен быть очень большим и, следовательно, очень тяжелым.

На низких частотах (например, 50 Гц) необходимы большие значения индуктивности для передачи большого количества энергии от первичной обмотки к вторичной. Это требует больших сердечников трансформатора, что делает миниатюризацию этих источников питания практически невозможной.

Другим ограничением линейных источников питания переменного/постоянного тока является стабилизация напряжения большой мощности.

В линейном источнике питания переменного/постоянного тока используются линейные стабилизаторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают любую дополнительную энергию в виде тепла. При малой мощности особых проблем не представляет. Однако при высокой мощности тепло, которое регулятор должен рассеивать для поддержания постоянного выходного напряжения, очень велико, и для этого потребуется установка очень больших радиаторов.

Переключение источника питания переменного/постоянного тока

Новая методология проектирования была разработана для решения многих проблем, связанных с проектированием линейных или традиционных источников питания переменного/постоянного тока, включая размер трансформатора и регулирование напряжения.

Импульсные источники питания теперь возможны благодаря развитию полупроводниковых технологий, особенно благодаря созданию мощных MOSFET-транзисторов, которые могут включаться и выключаться очень быстро и эффективно, даже при наличии больших напряжений и токов.< /p>

Переключаемый источник питания переменного/постоянного тока позволяет создавать более эффективные преобразователи энергии, которые больше не рассеивают избыточную мощность.

Источники питания переменного/постоянного тока, разработанные с использованием импульсных преобразователей мощности, называются импульсными источниками питания. Импульсные блоки питания переменного/постоянного тока имеют несколько более сложный метод преобразования мощности переменного тока в постоянный.

При переключении источников питания переменного тока входное напряжение больше не снижается; скорее, он выпрямляется и фильтруется на входе. Затем постоянное напряжение проходит через прерыватель, который преобразует напряжение в последовательность высокочастотных импульсов. Наконец, волна проходит через еще один выпрямитель и фильтр, который преобразует ее обратно в постоянный ток (DC) и устраняет любую оставшуюся составляющую переменного тока (AC), которая может присутствовать перед достижением выхода (см. рис. 3).

При работе на высоких частотах индуктор трансформатора способен передавать больше мощности, не достигая насыщения, а это означает, что сердечник может становиться все меньше и меньше. Таким образом, трансформатор, используемый при переключении источников питания переменного/постоянного тока для уменьшения амплитуды напряжения до заданного значения, может быть в несколько раз меньше размера трансформатора, необходимого для линейного источника питания переменного/постоянного тока.

Рисунок 3. Блок-схема импульсного блока питания переменного/постоянного тока

Как и следовало ожидать, у этого нового метода проектирования есть некоторые недостатки.

Переключение преобразователей мощности переменного/постоянного тока может создавать значительный уровень шума в системе, который необходимо устранить, чтобы исключить его присутствие на выходе. Это создает потребность в более сложной схеме управления, что, в свою очередь, усложняет конструкцию. Тем не менее, эти фильтры состоят из компонентов, которые можно легко интегрировать, поэтому это не оказывает существенного влияния на размер блока питания.

Трансформаторы меньшего размера и повышенная эффективность регулятора напряжения при переключении источников питания переменного/постоянного тока являются причиной того, что теперь мы можем преобразовывать переменное напряжение 220 В со среднеквадратичным значением в напряжение постоянного тока 5 В с помощью преобразователя мощности, который умещается на ладони.

В таблице 1 приведены различия между линейными и импульсными источниками питания переменного/постоянного тока.

Таблица 1. Линейные и импульсные источники питания

Однофазные и трехфазные источники питания

Источник переменного тока (AC) может быть однофазным или трехфазным:

• Трехфазный источник питания состоит из трех проводников, называемых линиями, по каждому из которых протекает переменный ток (AC) той же частоты и амплитуды напряжения, но с относительной разницей фаз 120°, или одной трети цикл (см. рис. 4). Эти системы наиболее эффективны при подаче больших объемов электроэнергии и поэтому используются для доставки электроэнергии от генерирующих объектов в дома и на предприятия по всему миру.
• Однофазный источник питания является предпочтительным методом подачи тока в отдельные дома или офисы, чтобы равномерно распределить нагрузку между линиями. При этом ток течет от питающей линии через нагрузку, затем обратно по нулевому проводу. Этот тип питания используется в большинстве установок, за исключением крупных промышленных или коммерческих зданий. Однофазные системы не могут передавать столько энергии на нагрузку и более подвержены перебоям в подаче электроэнергии, но однофазное питание также позволяет использовать гораздо более простые сети и устройства.

Рисунок 4. Форма сигнала трехфазного источника питания переменного тока

Существует две конфигурации для передачи электроэнергии через трехфазный источник питания: конфигурация треугольника $(\Delta)$ и звезда (Y), которые также называются треугольником и звездой соответственно.

Основное различие между этими двумя конфигурациями заключается в возможности добавления нейтрального провода (см. рис. 5).

Соединения треугольником обеспечивают большую надежность, но соединения Y могут обеспечивать два разных напряжения: фазное напряжение, которое представляет собой однофазное напряжение, подаваемое в дома, и линейное напряжение для питания больших нагрузок. Связь между фазным напряжением (или фазным током) и линейным напряжением (или линейным током) в Y-конфигурации заключается в том, что амплитуда линейного напряжения (или тока) в √3 раза больше, чем амплитуда фазы.

Поскольку стандартная система распределения электроэнергии должна подавать питание как к трехфазным, так и к однофазным системам, большинство сетей распределения электроэнергии имеют три линии и нейтраль.Таким образом, как дома, так и промышленное оборудование могут быть подключены к одной и той же линии электропередачи. Таким образом, конфигурация Y чаще всего используется для распределения электроэнергии, тогда как конфигурация треугольника обычно используется для питания трехфазных нагрузок, таких как большие электродвигатели.

Рис. 5. Трехфазные конфигурации Y и Delta

Напряжение, при котором электросеть поставляет своим пользователям однофазную электроэнергию, имеет различные значения в зависимости от географического положения. Вот почему очень важно проверить диапазон входного напряжения блока питания перед его покупкой или использованием, чтобы убедиться, что он предназначен для работы в электросети вашей страны. В противном случае вы можете повредить блок питания или подключенное к нему устройство.

В таблице 2 сравниваются напряжения сети в разных регионах мира.

*В Японии есть две частоты в национальной сети из-за того, что электрификация началась в конце 19 века. В западном городе Осака поставщики электроэнергии закупили генераторы на 60 Гц в США, а в Токио, на востоке Японии, они купили немецкие генераторы на 50 Гц. Обе стороны отказались менять свою частоту, и по сей день в Японии все еще есть две частоты: 50 Гц на востоке и 60 Гц на западе.

Как упоминалось ранее, трехфазное питание используется не только для транспорта, но и для питания больших нагрузок, таких как электродвигатели или зарядка больших аккумуляторов. Это связано с тем, что параллельное питание в трехфазных системах может передавать гораздо больше энергии на нагрузку и может делать это более равномерно из-за перекрытия трех фаз (см. рис. 6).

Рисунок 6. Передача электроэнергии в однофазной (слева) и трехфазной (справа) системах

Например, при зарядке электромобиля количество энергии, которое вы можете передать аккумулятору, определяет скорость его зарядки.

Однофазные зарядные устройства подключаются к сети переменного тока (AC) и преобразуются в постоянный ток (DC) внутренним преобразователем переменного тока в постоянный (также называемым бортовым зарядным устройством). Мощность этих зарядных устройств ограничена сетью и розеткой переменного тока.

Ограничение зависит от страны, но обычно составляет менее 7 кВт для розетки на 32 А (в ЕС 220 x 32 А = 7 кВт). С другой стороны, трехфазные источники питания преобразуют мощность переменного тока в постоянный извне и могут передавать более 120 кВт на батарею, обеспечивая сверхбыструю зарядку.

Обзор

Источники питания переменного/постоянного тока повсюду. Основная задача источника питания переменного/постоянного тока заключается в преобразовании переменного тока (AC) в стабильное напряжение постоянного тока (DC), которое затем можно использовать для питания различных электрических устройств.

Переменный ток используется для передачи электроэнергии по всей электрической сети, от генераторов до конечных потребителей. Цепь переменного тока (AC) может быть сконфигурирована как однофазная или трехфазная система. Однофазные системы проще и могут обеспечивать достаточно энергии для питания всего дома, но трехфазные системы могут обеспечивать гораздо большую мощность более стабильным образом, поэтому они часто используются для подачи электроэнергии в промышленных целях.

Разработка эффективного блока питания переменного/постоянного тока — непростая задача, поскольку современные рынки требуют мощных, чрезвычайно эффективных и миниатюрных блоков питания, способных поддерживать эффективность в широком диапазоне нагрузок.

Методы проектирования источников питания переменного/постоянного тока со временем менялись. Линейные блоки питания переменного/постоянного тока ограничены по размеру и эффективности, поскольку они работают на низких частотах и ​​регулируют выходную температуру, рассеивая избыточную энергию в виде тепла. Напротив, импульсные источники питания стали чрезвычайно популярными, поскольку в них используются импульсные стабилизаторы для преобразования переменного тока в постоянный. Импульсные блоки питания работают на более высоких частотах и ​​преобразовывают электроэнергию гораздо эффективнее, чем в предыдущих конструкциях, что позволило создать мощные блоки питания переменного/постоянного тока размером с ладонь.

Откройте для себя PCIM Europe

Последние статьи в разделе "Продукты и приложения"

БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ - SiC

Последние статьи в разделе "Новости отрасли"

Последние статьи в разделе "Исследования и разработки"

Последние статьи в разделе "Инструменты и программное обеспечение"

ТЕХНОЛОГИИ ПРИВОДА ВОРОТ

Электричество В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Электричество бывает двух видов: переменного тока (AC) и постоянного тока (DC). Оба необходимы для обеспечения функционирования нашей электроники, но знаете ли вы разницу между ними и то, к чему они относятся?

И переменный, и постоянный ток описывают типы тока, протекающего в цепи. В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. С другой стороны, электрический заряд переменного тока (AC) периодически меняет направление.

Что такое мощность переменного тока?

Электроэнергия переменного тока (AC) — это стандартное электричество, которое выходит из розеток и определяется как поток заряда, который периодически меняет направление.

Ток переменного тока изменяется между положительным и отрицательным из-за электронов — электрические токи исходят из потока этих электронов, которые могут двигаться либо в положительном (вверх), либо в отрицательном (вниз) направлении. Это известно как синусоидальная волна переменного тока, и эта волна возникает, когда генераторы переменного тока на электростанциях создают мощность переменного тока.

Генератор переменного тока создает переменный ток, вращая проволочную петлю внутри магнитного поля. Волны переменного тока возникают, когда провод перемещается в области с различной магнитной полярностью, например, ток меняет направление, когда провод вращается от одного полюса магнитного поля к другому. Это волнообразное движение означает, что мощность переменного тока может передаваться дальше, чем мощность постоянного тока, что является огромным преимуществом, когда речь идет о подаче электроэнергии потребителям через электрические розетки.

ИЗ ВОДОРОДА В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Что такое мощность постоянного тока?

Постоянный ток (DC), как вы можете догадаться из названия, представляет собой линейный электрический ток — он движется по прямой линии.

Постоянный ток может поступать из нескольких источников, включая батареи, солнечные элементы, топливные элементы и некоторые модифицированные генераторы переменного тока. Питание постоянного тока также можно «сделать» из питания переменного тока с помощью выпрямителя, который преобразует переменный ток в постоянный.

Питание постоянного тока гораздо более стабильно с точки зрения подачи напряжения, а это означает, что большинство электроники полагаются на него и используют источники питания постоянного тока, такие как батареи. Электронные устройства также могут преобразовывать мощность переменного тока из розеток в мощность постоянного тока с помощью выпрямителя, часто встроенного в блок питания устройства. Трансформатор также будет использоваться для повышения или понижения напряжения до уровня, соответствующего рассматриваемому устройству.

Однако не все электрические устройства используют питание постоянного тока. Многие устройства, особенно бытовая техника, такие как лампы, стиральные машины и холодильники, используют переменный ток, который подается непосредственно из электросети через электрические розетки.

СРАВНЕНИЕ ТРАНШЕЕВЫХ И ПЛАНАРНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ШОТТКИ

Какой выпрямитель лучше всего подходит для приложений с быстрым переключением?

Зачем нужны два разных типа питания?

Хотя многие из современных электронных и электрических устройств предпочитают питание от постоянного тока из-за плавного потока и равномерного напряжения, мы не можем обойтись без переменного тока. Оба типа власти необходимы; одно не "лучше" другого.

Фактически на рынке электроэнергии доминирует переменный ток; все электрические розетки подают в здания электроэнергию в виде переменного тока, даже если ток необходимо немедленно преобразовать в постоянный ток. Это связано с тем, что постоянный ток не может преодолевать такие же большие расстояния от электростанций до зданий, как переменный ток. Кроме того, гораздо проще генерировать переменный ток, чем постоянный, из-за того, как вращаются генераторы, и система в целом дешевле в эксплуатации — с переменным током можно легко передавать энергию по национальным сетям через мили и мили по проводам и опорам. /p>

РУКОВОДСТВО ПО ИЗМЕРЕНИЮ ЦЕЛОСТНОСТИ ПИТАНИЯ

5 методов быстрого и точного измерения целостности питания

Постоянный ток в первую очередь используется, когда устройству необходимо накапливать энергию в батареях для будущего использования. Смартфоны, ноутбуки, портативные генераторы, фонари, наружные системы видеонаблюдения… все, что работает от аккумуляторов, зависит от постоянного тока. Когда аккумуляторы заряжаются от сети, переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя и накапливается в аккумуляторе.

Однако это не единственный используемый метод зарядки. Например, если вы когда-либо заряжали свой телефон с помощью блока питания, вы используете блок питания постоянного тока, а не переменного тока. В таких ситуациях источникам питания постоянного тока может потребоваться изменить напряжение на выходе (в данном случае на блоке питания) для использования устройства (в данном случае телефона).

Подпишитесь на нас в LinkedIn

Понравилось ли вам читать эту статью? Подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних новостей отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

Мы все здесь любим AC/DC — нет, не рок-группу. Ну да, рок-группа, но и их тезка. Мы говорим о переменном токе (AC) и постоянном токе (DC) — разных типах напряжения, которые по-разному обеспечивают питание.

Что такое мощность переменного и постоянного тока?

Электричество течет как в переменном, так и в постоянном токе. Оба являются электрическими токами в том смысле, что они представляют собой поток электронов, но разница между ними заключается в направлении потока. Переменный ток (AC) периодически меняет направление и меняет направление, то вперед, то назад, в то время как постоянный ток (DC) течет только в одном направлении.

Визуально, когда показано на графике, постоянный ток выглядит как плоская линия, а переменный ток принимает форму волнообразного узора, что означает его колебательное повторение. Переменный ток можно получить с помощью электрического генератора особого типа, называемого генератором переменного тока, в котором проволочная петля вращается внутри магнитного поля, вызывая вращение вдоль проволоки. Когда провод вращается, он периодически переходит в другую магнитную полярность, что вызывает возвратно-поступательное течение тока.

Постоянный ток, с другой стороны, обеспечивает постоянный ток, который течет только в одном направлении. Это может быть произведено от батареи, использования устройства, называемого «выпрямителем», которое преобразует переменный ток в постоянный, или генератора переменного тока, оснащенного «коммутатором», который вырабатывает постоянный ток.

Энергия постоянного тока особенно приписывается работе Томаса Эдисона, в то время как Никола Тесла расширился до создания переменного тока, который можно было легко преобразовать в более высокое и более низкое напряжение с помощью трансформатора, меняя и реверсируя направление 60 раз в секунду (50 в Европе). Частота постоянного тока равна нулю.

Каковы различные способы генерации переменного и постоянного тока?

Переменный и постоянный ток обеспечивают электропитание по-разному. Переменный ток подается на предприятия и в жилые дома. Это тот вид энергии, который вы обычно используете, подключая телевизор, вентилятор, прикроватную лампу или кухонный прибор к сетевой розетке. Переменный ток — это лучший способ передачи электроэнергии на большие расстояния с удаленным источником этого тока, так как он безопаснее и может обеспечить большую мощность.

Тем не менее, постоянный ток используется, например, при использовании фонарика, поскольку источником питания является аккумуляторная батарея внутри него. Напряжение постоянного тока не может распространяться слишком далеко, прежде чем оно начнет терять энергию.

Если я работаю на ноутбуке, использую ли я питание переменного или постоянного тока?

Оба! Вы используете оба вида тока. Вилка, которую вы вставляете в свой компьютер, посылает постоянный ток на батарею компьютера, получая этот заряд от вилки переменного тока, вставленной в стену. Блок в виде кирпича между розеткой и компьютером — это адаптер питания, который преобразует переменный ток в постоянный.

Приведите несколько примеров приложений переменного и постоянного тока?

В домашних и офисных розетках почти всегда используется переменный ток из-за относительной простоты его транспортировки на большие расстояния. Меньше потерь энергии при передаче электроэнергии на высоких напряжениях (более 110 кВ). Более высокие напряжения соответствуют более низким токам, а более низкие токи равны меньшему количеству тепла, выделяемого в линии электропередачи из-за сопротивления. Энергия переменного тока может быть легко преобразована из высокого напряжения с помощью трансформаторов и может питать электродвигатели и крупные бытовые приборы, такие как холодильники и посудомоечные машины.

Все, что работает от батареи, подключается к розетке с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для зарядки, работает от источника постоянного тока. Некоторая часть этой электроники включает сотовые телефоны, фонарики и гибридные автомобили. Большая часть вашей портативной электроники работает от постоянного тока.

Есть ли война течений?

Да! Почти каждый дом и офис подключен к сети переменного тока, но это было давно. В конце 1880-х изобретатели по всей территории Соединенных Штатов и Европы боролись за актуальность в борьбе за превосходство переменного и постоянного тока. В 1886 году будапештская электрическая компания Ganz Works осветила весь Рим переменным током, а к следующему году Эдисон построил в США 121 электростанцию ​​постоянного тока. Битва была по существу выиграна в следующем году, когда промышленник из Питтсбурга Джордж Вестингауз купил патенты Tesla на переменный ток, поставив электроэнергию переменного тока в дома американцев по всей стране.

Эти двое не всегда ладили, и исторически они не очень хорошо ладили. В то время как учреждения и дома будут по-прежнему питаться от переменного тока, чем больше светодиодов, солнечных батарей, электромобилей и мобильной электроники входит в нашу жизнь, тем более распространенной будет энергия постоянного тока. Достижения в области постоянного тока находятся на подъеме, поскольку продолжают развиваться методы преобразования постоянного тока в более высокое и более низкое напряжение с меньшими потерями электроэнергии.

Так будет ли разрешение войны токов? Чем больше они будут работать бок о бок, возможно, AC и DC сойдутся и подружатся друг с другом.

А вы? Если в вашем доме или на работе возникла проблема с электричеством или вам нужно обновить электрощит , наша команда в Pacman Electric с радостью оценит вашу ситуацию и поможет вам решить любые проблемы с электричеством, которые у вас есть.

Позвоните нам сегодня по телефону (954) 577-7923. Мы будем рады ответить на ваши вопросы, выслушать ваши опасения и обсудить любые проблемы, которые могут у вас возникнуть!

Откуда произошло название австралийской рок-группы AC/DC? Да ведь переменный ток и постоянный ток, конечно же! И AC, и DC описывают типы тока, протекающего в цепи. В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении.С другой стороны, электрический заряд в переменном токе (AC) периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, поскольку ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свою музыкальную шкатулку Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также обладает некоторыми полезными свойствами, такими как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства передачи электроэнергии на большие расстояния.

Чему вы научитесь

• История AC и DC
• Различные способы получения переменного и постоянного тока.
• Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемое чтение

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Переменный ток используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. д.

Генерация переменного тока

Переменный ток можно производить с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой электрический генератор особого типа, предназначенный для выработки переменного тока.

Петля из проволоки вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток вдоль проволоки. Вращение проволоки может осуществляться любыми способами: ветряной турбиной, паровой турбиной, проточной водой и так далее. Поскольку провод вращается и периодически переходит в другую магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:

Генерацию переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в водопроводных трубах, мы соединяем механическую рукоятку с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что сжатый участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

Переменный ток может принимать различные формы, если напряжение и ток являются переменными. Если мы подключим осциллограф к цепи с переменным током и построим график зависимости напряжения от времени, то сможем увидеть ряд различных сигналов. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и коммутационной электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и полезны для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоиды

Мы часто хотим описать форму сигнала переменного тока математическими терминами. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоида состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза.

Глядя только на напряжение, мы можем описать синусоиду как математическую функцию:

V(t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение меняется с течением времени. Уравнение справа от знака равенства описывает изменение напряжения во времени.

V_P – это амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которого может достичь наша синусоида в любом направлении, а это означает, что наше напряжение может быть +V_P вольт, -V_P вольт или где-то посередине.

Функция sin() указывает, что наше напряжение будет иметь форму периодической синусоиды, которая представляет собой плавное колебание около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (в радианах в секунду).

f описывает частоту синусоиды. Это указывается в виде герц или единиц в секунду. Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоиды - подъем и спад) повторяется в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах). С течением времени меняется и форма нашей волны.

φ описывает фазу синусоиды. Фаза — это мера того, насколько форма сигнала сдвинута во времени.Его часто задают в виде числа от 0 до 360 и измеряют в градусах. Из-за периодического характера синусоидальной волны, если форма волны смещается на 360°, она снова становится той же формой волны, как если бы она была сдвинута на 0°. Для простоты мы по-прежнему будем считать, что фаза равна 0° в оставшейся части этого руководства.

Мы можем обратиться к нашему надежному поставщику за хорошим примером того, как работает сигнал переменного тока. В Соединенных Штатах электроэнергия, подаваемая в наши дома, представляет собой переменный ток с напряжением около 170 В от нуля до пика (амплитуда) и частотой 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графический калькулятор недоступен, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически поднимается до 170 В и падает до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоиды. Если бы мы измеряли напряжение в наших розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели это (ВНИМАНИЕ: не пытайтесь измерять напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ. Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это также правильно. Как? Говоря о переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичное значение». (RMS). Часто полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере напряжение варьировалось от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В (среднеквадратичное значение).

Приложения

Домашние и офисные розетки почти всегда подключены к сети переменного тока. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно легко. При высоких напряжениях (свыше 110 кВ) меньше потерь энергии при передаче электроэнергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее выделение тепла в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

Переменный ток также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на клеммах возникает напряжение!). Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. д., которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток понять немного проще, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться туда-сюда, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Создание постоянного тока

DC можно создать несколькими способами:

• Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатором», может вырабатывать постоянный ток.
• Использование устройства под названием «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный, обеспечивает постоянный ток, который генерируется в результате химической реакции внутри батареи.

Вновь используя нашу аналогию с водой, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Подобно нашей батарее постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не будет течь по трубам.

Описание DC

Постоянный ток определяется как «однонаправленный» поток тока; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут меняться с течением времени, пока не меняется направление потока. Для упрощения предположим, что напряжение является константой. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает напряжение 1,5 В, что математически можно описать следующим образом:

Если мы построим это во времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока будут обеспечивать постоянное напряжение во времени. В действительности батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. Для большинства целей мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Почти все электронные проекты и детали, которые продаются на SparkFun, работают на DC. Все, что работает от батареи, подключается к розетке с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

• Мобильные телефоны
• D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
• Телевизоры с плоским экраном (переменный ток поступает в телевизор, который преобразуется в постоянный ток)
• Фонарики
• Гибридные и электрические автомобили

Битва течений

Почти каждый дом и офис подключен к сети переменного тока. Однако это решение было принято не в одночасье. В конце 1880-х годов множество изобретений в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, купил патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

Переменный ток и постоянный ток

В конце 1800-х годов было сложно преобразовать постоянный ток в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые могли бы снабжать энергией отдельные районы или районы города. Питание распределялось по трем проводам от силовой установки: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Свет и двигатели можно было подключить между розеткой +110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допустили некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дом, офис и т. д.).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередач было учтено, электростанции должны были располагаться в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

С помощью патентов Tesla компания Westinghouse усовершенствовала систему распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и снижения его до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо более низком токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления в проводах. В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона по дискредитации

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию, направленную на то, чтобы не поощрять использование переменного тока в Соединенных Штатах, включая лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации об переменного тока. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных электрическим током, пытаясь показать, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П. Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк, использующий переменный ток.

Расцвет AC

В 1891 году во Франкфурте (Германия) проходила Международная электротехническая выставка, на которой была представлена ​​первая на выставке передача трехфазного переменного тока на большие расстояния, от которого питались лампы и двигатели. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

В 1893 году компания Westinghouse выиграла контракт на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и промышленность Буффало начала получать электроэнергию переменного тока. Эта веха ознаменовала упадок постоянного тока в Соединенных Штатах. В то время как в Европе будет принят стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, в Северной Америке стандартом станет 120 В при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

В 1880-х годах швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury HVDC не применялись почти столетие.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование переменного тока в постоянный. Для выработки электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (некоторые из них достигают 800 кВ) можно использовать специальное оборудование. В некоторых частях Европы начали использовать линии постоянного тока высокого напряжения для электрического соединения различных стран.

В линиях постоянного тока на очень больших расстояниях потери меньше, чем в эквивалентных линиях переменного тока. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. AC и DC могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более осуществимой. Постоянный ток, с другой стороны, встречается почти во всей электронике.Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к сетевой розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы к более сложным схемам и концепциям, даже если они содержат переменный ток.

Посмотрите следующие руководства, когда будете готовы глубже погрузиться в мир электроники:

Хотите узнать больше об основных темах?

Полный список краеугольных тем, связанных с электротехникой, см. на нашей странице «Основы инженерного дела».

Читайте также:

  
• Узнайте, куда в электронной таблице перемещается курсор таблицы, когда нажимаются клавиши конца дома
  
• Кэш-память жесткого диска Флэш-карта Модули ОЗУ
  
• Включить автозапуск диска windows 7
  
• Можно ли заменить жесткий диск на ноутбуке на более мощный
  
• Как увеличить оперативную память с помощью флешки