Постоянная составляющая напряжения: Постоянный ток. Определение и параметры

Постоянный ток. Определение и параметры

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 .

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.

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.

Похожие статьи: Параметры переменного тока.

---

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Постоянная составляющая в сигнале переменного тока

По определению постоянная составляющая (среднее значение) равна сумме площади положительной и отрицательной части импульса напряжения или тока деленная на период следования импульсов,

U₀ = (S₊ + S_–) /T_и.

Рассмотрим два синусоидальных сигнала, изображенных на рис. 2.8. Левый сигнал не имеет постоянной составляющей, так как его положительный пик равен отрицательному. Правый же сигнал содержит составляющую постоянного тока величиной 5 В.

Рис.2.8

Постоянная составляющая переменного тока называется также сред­ним, или усредненным, значением сигнала переменного тока. Определим постоянную составляющую сигнала, имеющего прямо­угольную форму (Рис.2.9):

Рис.2.9

1. определим положение нулевого уровня;

2. вычислим площадь лежащую выше нулевого уровня

S₊ = U₊ ×t₊ = 4 × 1 = 4;

3. вычислим площадь лежащую ниже нулевого уровня

S_– = U_– ×t_– = -1×2 = -2;

4. вычислим суммарную площадь

S₊ + S_– = 4+(- 2) = 2;

5. вычислим среднее значение напряжения за период равно

(S₊ + S_– )/ T = (S₊ + S_– )/ (t₊ + t_–) = 2/(1+ 2) = 0,67 В.

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.

Например:

1. мощность пост, тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение;

2. 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.

Пример 1

Какое сопротивление имеет электрический обогреватель мощностью 1 кВт?

Решение:

Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 220 В. Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы

Р = U²/R

определяем

R = U₂/P = 240²/1000 = 57,6 Ом.

Соотношение между пиковыми и среднеквадратическими значениями

Действующее значение тока I_д – это среднеквадратичное значение за период переменного тока.

I_д

= √ (i²) _ср = √ S_ср.²/T,

где Т период частоты сигнала.

Действующее значение переменного тока выбрано в качестве главной характеристики на том основании, что действие электрического тока в ряде случаев пропорционально квадрату тока или напряжения, например, тепловое действие, механическое взаимодействие прямого и обратного провода, взаимодействие заряженных пластин и т.д. Для косинусоидального тока квадрат площади за период равен,

S² = ₀∫^ТI²m cos² ωt dωt = I²_m π.

Среднеквадратическое значениями значение косинусоидального тока равно,

I_ср.кв. = √ I²_mπ /2π × = I_m/√2 = 0,707I_m.

Среднеквадратическое значение сигнала переменного тока зависит от его формы. Так, среднеквадратическое значение синусоидального сигнала составляет 0,707 его пикового значения (амплитуды). Это справедливо только для синусоидального сигнала. Например, если ам­плитуда синусоидального сигнала

U= = 10 В, то его среднеквадратическое значение составит I_{ср. кв} = 0,707 × U_m = 0,707 × 10 = 7,07 В Из соотношения U_cp.KB. = 0,707 × U_m, U_m = 1/0,707 = 1,414 U_cp.KB

Рис.2.10

Подробный обзор того, как работает постоянный ток

Начинающему инженеру по компьютерному оборудованию механизмы, связанные с напряжением и током постоянного тока, могут показаться запутанными. Тем не менее, это, несомненно, популярный факт, что они оба функционируют в качестве розеток в домашних и коммерческих помещениях. Не говоря уже о том, что они постоянно текут в одном направлении.

Однако в этих источниках энергии есть нечто большее, чем базовые знания. Таким образом, в этом подробном руководстве подробно рассматривается все, что граничит с напряжением и током постоянного тока.

Давайте узнаем, как это работает！

1. Что такое постоянное напряжение и постоянный ток?

Постоянный ток в напряжении и токе означает «постоянный ток» или «постоянная полярность». Напряжение постоянного тока – это постоянное напряжение, которое управляет током в одном направлении. Это означает, что ток течет в одном направлении. Однако он может меняться во времени. Выпрямители, солнечные панели, а также батареи производят постоянное напряжение в результате химической реакции.

Вольтметр измеряет уровни постоянного напряжения. Также используются несколько источников питания постоянного напряжения. Например, большинство логических схем, фонарей, грузовиков и легковых автомобилей используют источник питания постоянного тока. Поток постоянного тока присутствует в чем угодно. Между тем, электрический заряд постоянного тока имеет одно направление течения.

Кроме того, большинство цифровых электронных устройств используют электроэнергию постоянного тока. Постоянный ток фактически преобразует химическую энергию в батарее в электрическую энергию. Он также перемещает электроны из точки отрицательного заряда в точку положительного контроля без изменения направления.

(Поток постоянного и переменного тока)

2. Символ постоянного тока

Поскольку постоянный ток постоянен, символ представляет собой прямую линию. Прямая линия, безусловно, означает, что ток однонаправленный. На рисунке ниже показана иллюстрация цепи постоянного тока.

(знак символа постоянного тока постоянного тока)

3. Как измерить постоянный ток

Самый простой способ измерить постоянный ток — с помощью цифрового мультиметра. Текущие измерения часто легко провести. Ниже приведены простые шаги по измерению постоянного тока:

• Во-первых, подключите черный щуп мультиметра к разъему COM.
• Затем поместите красные щупы в разъем V. После этого в обратном порядке снимите сначала красный щуп, затем черный щуп прожектора соедините с массой цепи отрицательной полярности, а красный поиск с положительной контрольной точкой.
• Вставьте тип постоянного тока в мультиметр и прочтите показания на дисплее.

Другой способ измерения постоянного тока заряда через проводник — использование клещей.

(клещи для измерения напряжения)

4. Расчет мощности постоянного тока

Шаг 1:

Используя закон Ома, вы можете точно рассчитать ток (l), сопротивление ® и напряжение ( V) цепи постоянного тока. В результате вы можете впоследствии рассчитать выходную мощность в любой точке схемы. Формула закона Ома: напряжение (В) равно току (I), умноженному на сопротивление (R).

V = I x R

(мультиметр)

Например, если ток (I) равен 0,6 ампер постоянного тока (600 миллиампер), R составляет 150 Ом. Используя приведенную выше формулу для расчета максимального напряжения: 0,6 x 150 = 90 вольт. Кроме того, в ситуации измерение сопротивления недоступно, и идеально использовать 4-проводной режим измерения времени измерения для точной точности.

Шаг 2:

Для расчета мощности постоянного тока: Мощность (Вт) = Напряжение (В) x Ток (А).

Р = В х I

Начиная с шага 1, P = 90 x 0,6 A = 54 Вт.

(расчет мощности постоянного тока)

5. Разница между переменным и постоянным током

Электрическая энергия бывает двух видов: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Обе мощности необходимы для функционирования всех электрических устройств. Однако эти формы энергии различаются по применению, сигналам, режиму и прочему.

( Показана разница между переменным и постоянным током )

Значительная разница между мощностью переменного и постоянного тока, и она показана в сравнительной таблице ниже;

	Постоянный ток (DC)	Переменный ток (AC)
Частота	Частота постоянного тока 0Гц (Гц). Поскольку постоянный ток не движется по форме волны, как переменный ток, он имеет нулевую частоту, потому что имеет однонаправленный поток.	Частота переменного тока показывает, сколько раз он меняет свое направление на противоположное. Например, самая популярная частота переменного тока составляет 60 циклов в секунду, обычно известную как 60 герц (Гц). Таким образом, если частота равна 55 Гц, ток меняет направление 55 раз.
Направление тока	Когда по цепи протекает постоянный ток, он никогда не меняет своего направления.	Когда переменный ток протекает по цепи, он периодически меняет направление. Подобным образом он также создает петлю из вращающейся проволоки в магнитном поле.
Электронное движение	Электроны уверенно движутся в фиксированном направлении, не меняясь.	Электроны текут вперед и назад в переменном направлении.
Текущий размер	DC остается постоянной величиной во времени. Однако при пульсирующем постоянном токе она имеет различную степень.	Величина переменного тока особенно непрерывно изменяется во времени.
Пассивный параметр	Только сопротивление.	Импеданс. Это включает в себя как реактивное сопротивление, так и сопротивление.
Коэффициент мощности	Всегда 1.	Значение находится в диапазоне от 0 до 1.
Преобразование	DC обычно преобразуется в AC с помощью выпрямителя.	AC преобразуется в DC с помощью инвертора.
Тип	DC часто подразделяют на пульсирующий и чистый DC.	Синусоидальная, квадратная, трапециевидная и треугольная волны.
Сигнал	Нет сигнала.	Форма волны переменного тока действительно чередуется. Волны образуются, когда генераторы переменного тока на электростанциях производят переменный ток.
Тип нагрузки	Подключается только к резистивной нагрузке.	Напротив, переменное напряжение связано с емкостной, индуктивной и резистивной нагрузкой.
Опасный	Электропитание постоянного тока более опасно по сравнению с переменным током аналогичного номинала.	При неосторожном обращении несомненно опасен.
Заявка	Сотовые телефоны, телевизоры с плоским экраном, фонарики, электрические и гибридные транспортные средства и т. д.	Бытовые и промышленные приборы, такие как посудомоечные машины, холодильники и машины для тостов, используют переменный ток.
Источник	Он использует как батарею постоянного тока, так и генератор.	С другой стороны, он использует цепь переменного тока и генератор.
Передача электроэнергии	В источниках питания или электричества наиболее актуальная система передачи осуществляется через HVDC. Кроме того, в этой системе постоянный ток имеет низкую потерю напряжения.	Также может передаваться через HVDC.
Эффективность	Суперэффективный	Имеет низкую эффективность.
Типы развертки	Этот режим источника тока обычно вычисляет точку смещения цепи выбранных источников питания в предопределенных ступенях в диапазоне значений напряжения. Кроме того, развертка постоянного тока также работает вместе с любым источником, имеющим переменную постоянного тока.	Моделирование развертки переменного тока специально предназначено для расчета отклика слабого сигнала напряжения цепи.
Тип сканирования	Скорость сканирования находится в диапазоне от 100 мс до 10 000 с. Он также работает в рампе или треугольной волне.	Этот тип сканирования обычно выполняет цикл выборки на скорости, чтобы убедиться в соответствии времени.

5. Применение постоянного тока

В настоящее время источниками постоянного тока являются солнечные элементы, термопары, батареи, а также топливные элементы. В отличие от переменного тока, который лучше всего подходит для электростанций и электрических сетей, этот распространенный тип питания используется в различных приложениях.

Кроме того, DC в основном используется во всей бытовой электронике. Это полезно в нескольких приложениях, таких как мобильные телефоны, телевизоры с плоским экраном, светодиодные фонари, электрические и гибридные автомобили. Кроме того, он в основном работает в приложениях с низким напряжением, таких как самолеты и зарядка аккумуляторов. Большинство накопителей энергии также работают на постоянном токе.

Постоянный ток также обеспечивает более эффективную передачу электроэнергии на большие расстояния. Приложения и технологии постоянного тока не только очень надежны, но и работают в течение нескольких часов. Кроме того, в фотоэлектрической промышленности источник постоянного тока поставляет электроэнергию автономным приборам и портативным солнечным системам. Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) также использует постоянный ток для передачи электроэнергии в энергосистемы, такие как ветряные турбины.

(гибридный автомобиль, использующий постоянный ток)

6. ​​Преимущества и недостатки постоянного тока

Ранее ток напряжения переменного тока часто был формой энергии, подходящей для рассеивания мощности. Но сегодня DC появляется в технологической области. В результате это может создавать рабочие места, расширять исследования, вдохновлять на инновации и стимулировать экономический рост.

 

Наиболее значительным преимуществом постоянного тока перед переменным током является его способность работать в определенных приложениях. Например, постоянный ток предпочтительнее, когда есть падение напряжения переменного тока для расширенных зон покрытия. Ниже перечислены преимущества и недостатки постоянного тока.

(электродвигатель постоянного тока)

Преимущества

• Изменить скорость электродвигателя постоянного тока проще и быстрее.
• DC действительно работает во всей бытовой электронике.
• Аккумулирует электрический ток. Опять же, постоянный ток экономит электроэнергию в устройствах хранения данных и небольших приложениях, таких как перезаряжаемые батареи и блоки питания. За счет накопления электроэнергии она, по сути, становится легко доступной, когда возобновляемые источники не дают энергию после светового дня.
• Лучшее регулирование срока службы, поскольку падение напряжения на выходе сравнительно небольшое.
• Резистивные проводящие материалы, как правило, очень эффективны.
• Для работы требуется меньше изоляции, поскольку давление на проводник мало.

(солнечная панель)

Недостатки 

• При постоянном напряжении высокого уровня становится трудно генерировать постоянный ток из-за проблем со связью.
• Систему постоянного напряжения также сложно увеличить для передачи высокого напряжения.
Напряжение цепи постоянного тока
• и переключатели дороги в приборах. Прежде всего, они часто имеют гарантию на дефекты материалов.
• Настройка передачи постоянного тока особенно сложна.
• Вы не можете изменить вход напряжения постоянного тока.

(поток постоянного тока с перезаряжаемой батареей)

Заключение

Мы действительно дали исчерпывающий обзор постоянного тока постоянного напряжения, его преимуществ и недостатков. При этом у вас должно быть лучшее понимание постоянного тока и того, чем он отличается от переменного тока. Электрический заряд постоянного тока имеет однонаправленный поток и присутствует почти в каждом электронном устройстве. С другой стороны, переменный ток дешевле и его легче передавать.

Так же, как и переменный ток, он, несомненно, становится технологически осуществимым. Если вы подключаете большую часть своей электроники к настенной розетке, вам обязательно придется преобразовывать переменный ток в постоянный. Применение этих источников рассеяния мощности зависит от нескольких факторов и спецификаций. Будьте уверены, с этим руководством вы сможете быстро переключаться между любыми формами энергии.

 

 

Разница между напряжением переменного и постоянного тока (со сравнительной таблицей)

Основное различие между переменным и постоянным напряжением заключается в том, что в переменном напряжении полярность волны меняется со временем, тогда как полярность постоянного напряжения всегда остается неизменной. Другие различия между напряжением переменного и постоянного тока показаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: Напряжение переменного тока и напряжение постоянного тока

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

База для сравнения	Напряжение переменного тока	Напряжение постоянного тока
Определение	Напряжение переменного тока — это сила, которая создает переменный ток между двумя точками.	Напряжение постоянного тока индуцирует постоянный ток между двумя точками.
Символическое представление
Частота	Зависит от страны.	Ноль
Коэффициент мощности	Лежит от 0 до 1.	0
Полярность	Изменения	Остаться постоянными
Направление	Изменяться	Оставаться неизменным
Получено из	Генератор	Элемент или батарея
Эффективность	Высокая	Низкая
Пассивный параметр	Полное сопротивление	Сопротивление
Амплитуда	Есть	Нет
Преобразование	С помощью инвертора.	С помощью выпрямителя.
Трансформатор	Требуется для трансмиссии.	Не требуется.
Фаза и нейтраль	Есть	Нет
Преимущества	Простота измерения.	Легко усиливать

Определение напряжения переменного тока

Напряжение, вызывающее переменный ток, известно как напряжение переменного тока. Переменный ток индуцируется в катушке, когда проводник с током вращается в магнитном поле. Проводник при вращении отсекает магнитный поток, а изменение потока индуцирует переменное напряжение в проводнике.

Определение напряжения постоянного тока

Напряжения постоянного тока индуцируют постоянный ток. Волны только в одном направлении, а величина напряжения всегда остается постоянной. Генерация напряжения постоянного тока довольно проста и легка. Напряжение наводится за счет вращения катушки в поле магнита. Катушка состоит из разрезного кольца и коммутатора, преобразующего переменное напряжение в постоянное.

Основные различия между переменным и постоянным напряжением

1. Напряжение, вызывающее переменный ток, известно как переменное напряжение. Постоянное напряжение создает постоянный ток.
2. Частота переменного напряжения зависит от страны (в основном используются 50 и 60 Гц). Принимая во внимание, что частота постоянного напряжения становится равной нулю.
3. Коэффициент мощности переменного напряжения находится в диапазоне от 0 до 1. А коэффициент мощности постоянного напряжения всегда остается равным 1.
4. Полярность переменного напряжения всегда меняется со временем, а полярность постоянного напряжения всегда остается постоянной.
5. Напряжение переменного тока однонаправленное, а напряжение постоянного тока двунаправленное.
6. Генератор вырабатывает переменное напряжение, а постоянное напряжение получает от элемента или батареи.
7. Эффективность переменного напряжения выше, чем постоянного.
8. Полное сопротивление — это пассивный параметр переменного напряжения, а постоянного — сопротивление. Импеданс означает противодействие напряжения протеканию тока.
9. Напряжение переменного тока имеет амплитуду, тогда как напряжение постоянного тока не имеет амплитуды.