Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Источник постоянного электрического тока

Источник постоянного электрического тока

Для создания электрического тока в электрической цепи необходим элемент, который будет поддерживать электрическое поле, под воздействием которого заряды будут постоянно перемещаться. В любой электрической цепи существует такой элемент. Рассмотрим подробнее его работу и виды.

Действие источника электрического тока

Если создать в проводнике электрическое поле, например, поместив на одном из его концов избыток положительных ионов, то свободные электроны в проводнике придут в движение. Заряд электронов отрицательный, и, следовательно, они начнут перемещаться к созданному положительному заряду. Это приведет к тому, что положительный заряд избыточных ионов будет нейтрализован сместившимися отрицательными электронами. Поле в проводнике исчезнет, ток прекратится.

Для того, чтобы ток в проводнике продолжал существовать, необходим специальный элемент, который бы непрерывно поддерживал заряд на концах электрической цепи. Такой элемент должен непрерывно совершать работу по восполнению недостатка зарядов на одном конце цепи, и удалению избытка зарядов на другом. Все эти действия совершаются источником постоянного электрического тока.

Виды источников электрического тока

Существует много видов источников электрического тока, однако в любом источнике производится работа по переносу зарядов между специальными клеммами, называемыми полюсами. Теперь, если к полюсам подключить электрическую цепь, то в ней возникнет непрекращающееся движение зарядов – возникнет электрический ток.

Силы, которые перемещают заряды между полюсами внутри источника, имеют природу отличную от электрической, и называются сторонними. В зависимости от природы этих сторонних сил существуют различные источники электрического тока.

Химические источники

Сторонние силы химической природы используются в гальванических элементах – батарейках и аккумуляторах. Химическое взаимодействие определяется поведением электронов внешних оболочек атомов, его энергетический порядок невелик, поэтому и электрическое поле (и напряжение), получаемое с помощью одного химического элемента невысоко. Для получения высоких напряжений химические элементы соединяются последовательно. Но получаемая энергия все равно будет относительно небольшой. Химические источники удобны там, где при не очень высоких требованиях к энергетическим параметрам требуется автономность.

Химические источники тока батареи аккумуляторы

Рис. 1. Химические источники тока батареи аккумуляторы.

Электромеханические источники

Сторонние силы механической природы используются в генераторах различных конструкций. Например, в лабораторной электрической машине заряды создаются с помощью трения. В промышленных генераторах заряды создаются с помощью перемещения взаимодействующих магнитных полей (здесь используется явление электромагнитной индукции). При этом можно получить очень высокие энергетические показатели. Это наиболее широко используемые источники электрического тока для промышленных целей.

Электромеханические источники тока

Рис. 2. Электромеханические источники тока.

Тепловые источники

Сторонние силы тепловой природы используются в термоэлементах – при нагревании спаянных разнородных проводников на концах спая возникает небольшая разность потенциалов, которую можно использовать. Однако, энергия при этом получается очень небольшой. Поэтому термоэлементы используются в основном как датчики температуры в составе специальных измерительных схем.

Рис. 3. Термоэлектрические источники тока.

Фотоэлектрические источники

Сторонние силы световой природы используются в солнечных батареях. Здесь используется явление фотоэффекта – при освещении некоторых веществ световая энергия начинает выбивать из атомов электроны, тем самым, создавая электрическое поле, которое может быть использовано. Солнечные батареи способны давать относительно небольшую энергию, однако, они очень удобны там, где кроме солнечного света очень мало других видов энергии – например, в удаленных уголках Земли или в космосе.

Солнечные батареи

Рис. 4. Солнечные батареи.

Что мы узнали?

Действие источника электрической энергии постоянного тока заключается в поддержании электрического поля на выводах-полюсах. Для этого используется энергия сторонних сил, природа которых отлична от электрической. По видам этих сил источники делятся на химические, электромеханические, тепловые, фотоэлектрические.

Читайте так же:
Тепловое свойство тока это

Что такое напряжение?

Что такое напряжение? | Fluke

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое обеспечивает движение заряженных электронов (ток) через проводящий контур, позволяя им выполнять полезную работу (например, обеспечивать свечение лампочки).

В кратком виде: напряжение = давление, оно измеряется в вольтах (В). Эта единица измерения названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827 гг.), который изобрел вольтов столб, ставший предшественником современной бытовой батареи.

Ранее напряжение называлось электродвижущей силой (эдс). Поэтому в ряде уравнений, например в законе Ома, напряжение обозначается символом E.

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

  1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (переведен во включенное положение).
  2. В источнике питания образуется напряжение («разность потенциалов» между двумя полюсами батареи), создавая давление, под действием которого поток электронов движется к отрицательной клемме батареи.
  3. Ток достигает лампочки, и лампочка начинает светиться.
  4. Ток возвращается в источник питания.

Различают напряжение переменного тока и постоянного тока. Отличия заключаются в следующем:

Напряжение переменного тока (на цифровом мультиметре обозначается символом />):

  • распространяется равномерными синусоидальными волнами, как показано ниже: Напряжение переменного тока
  • меняет направление с регулярными интервалами.
  • обычно вырабатывается электростанциями с помощью генераторов, которые преобразуют механическую энергию, производимую вращением под действием протекающей воды, пара, ветра или тепла, в электрическую энергию.
  • более распространено, чем напряжение постоянного тока. Электростанции подают напряжение переменного тока в организации и дома, где большинство устройств работает на напряжении переменного тока.
  • Основные источники питания различаются в зависимости от страны. Например, в США напряжение источников равно 120 В.
  • Некоторые бытовые устройства, например телевизоры и компьютеры, используют напряжение постоянного тока. Они используют выпрямители (например, массивный блок шнуре портативного компьютера), которые преобразовывают напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а также переменный ток — в постоянный.

Напряжение постоянного тока (на цифровом мультиметре обозначается символами alt=»V с пунктирной линией» width=»» height=»» />и alt=»мВ» width=»» height=»» />):

  • распространяется по прямой и только в одном направлении.
  • обычно вырабатывается источниками накапливаемой энергии, например батареями.
  • на источниках напряжения постоянного тока есть положительная и отрицательная клеммы. Клеммы определяют полярность в цепи. По полярности можно определить, является ли данная цепь цепью постоянного или переменного тока.
  • обычно используется в портативном оборудовании с питанием от батареи (фонарики, камеры).

Что такое разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» зачастую взаимозаменяемы. Разность потенциалов правильнее назвать разностью потенциальной энергии между двумя точками цепи. Величина разности (выраженная в вольтах) определяет величину потенциальной энергии, доступной для перемещения электронов из одной точки в другую. От этой величины зависит, какая работа потенциально может быть совершена в цепи.

Например, бытовая щелочная батарея типа AA обеспечивает напряжение 1,5 В. Обычные бытовые розетки обеспечивают напряжение 120 В. Чем выше напряжение в цепи, тем выше способность приводить в движение большое количество электронов и выполнять работу.

Напряжение/разность потенциалов можно сравнить с водой в резервуаре. Чем крупнее резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, возможная развиваемая скорость), тем сильнее будет способность воды оказать воздействие при открытии клапана, когда вода начинает течь, подобно электронам.

Читайте так же:
Тепловое действие электр тока используется

Почему нужно измерять напряжение

В большинстве случаев при проведении проверки технические специалисты знают, как должна работать цепь.

Цепи используются для передачи энергии на нагрузку: от небольших устройств и бытовой техники до промышленных двигателей. На нагрузках часто есть паспортная табличка, на которой указаны эталонные значения стандартных электрических параметров, в том числе напряжения и силы тока. Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) всех контуров нагрузки. Стандартные значения могут содержаться в руководствах.

Благодаря этим значениям технический специалист понимает, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определять отклонения от нормы. Однако и в этом случае технический специалист должен руководствоваться знаниями и опытом для определения причин, вызывающих подобные отклонения.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Источники питания. Тех.раздел

Источники питания бывают первичные и вторичные, или источники вторичного электропитания.

Первичные источники питания служат для преобразования различных видов энергии-механической, химической, тепловой, световой и прочих в электрическую энергию. Это, например, генераторы электростанций, бензогенераторы, ветрогенераторы, солнечные батареи, электрохимические источники постоянного тока – гальванические элементы и аккумуляторы.

Источники вторичного электропитания преобразуют электрическую энергию первичного источника определённого вида в электрическую энергию, необходимую для питания определённого потребителя требуемой формы, величины напряжения, частоты и числа фаз (в случае переменного тока), требуемой стабильности, пульсации (при выходе на постоянном токе). Источник вторичного электропитания обеспечивает также требуемые защиты от перегрузки и (или) короткого замыкания, от перенапряжения и прочее, осуществляет при необходимости гальваническую развязку (электрическую изоляцию) от первичного источника.

Разделение источников питания на первичные и вторичные достаточно условно. Так, например, к выходу некоторого источника вторичного электропитания может быть подключен один или несколько других вторичных источников электропитания, при этом первый источник питания будет являться первичным по отношению к остальным. Обычно мы считаем первичным источником питания сеть переменного тока, хотя от электростанции до электрической розетки в нашем помещении может быть несколько различных преобразователей, трансформаторов и т.д.

Источники вторичного электропитания различаются по типу входного и выходного тока.

Источники питания переменного тока на входе и выходе (преобразователи переменного тока в переменный), или AC/AC ( обычно используется английский вариант обозначения -alternating current, переменный ток.).

Преобразователи переменного тока в постоянный, или AC/DC (DC-direct current- постоянный ток).

Преобразователи постоянного тока в постоянный, или DC/DC.

Преобразователи постоянного тока в переменный , или DC/AC.

Источники питания AC/AC

Источники питания AC/AC могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими. Первые обычно либо изменяют уровень напряжения (пример-автотрансформатор 220/110 В), либо осуществляют гальваническую развязку от питающей сети для повышения безопасности (пример-развязывающий трансформатор 220/220 В), либо выполняют обе функции сразу (пример-понижающий и развязывающий трансформатор 220/36 В или 220/12 В). Частота выходного напряжения может как совпадать с частотой питающего напряжения(аналогично предыдущим примерах), так и отличаться от неё, например, при частоте сети 50 Гц частота выходного напряжения может быть 400 Гц или наоборот. Может также отличаться и число фаз на входе и выходе. Особый класс источников питания AC/AC составляют источники бесперебойного питания, которые содержат промежуточное звено постоянного тока с резервной аккумуляторной батареей, обеспечивающей питание нагрузки в течение определенного времени при пропадании напряжения сети. Стабилизирующие источники питания AC/AC ( стабилизаторы напряжения) обеспечивают стабильное (в определенных пределах) напряжение на выходе при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Существует несколько типов таких стабилизаторов, различающихся принципом действия. Наиболее распространенные-электромеханические и релейные с переключением обмоток автотрансформатора или трансформатора с помощью электромагнитных реле или полупроводниковых (твердотельных) реле, или симисторов (симметричных тиристоров или триаков). Стабилизаторы напряжения переменного тока могут быть как с гальванической развязкой, так и без гальванической развязки. Чаще используются без гальванической развязки.

Читайте так же:
Полезное тепловое действие электрического тока
Источники питания AC/DC

Это самый широкий и наиболее востребованный класс источников. Источники питания AC/DC также могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими, с гальванической развязкой и без неё. Наиболее часто используются и сточники питания AC/DC с гальванической развязкой от питающей сети, так как они обеспечивают наибольшую электробезопасность потребителей электроэнергии.

Н естабилизирующи е источники питания AC/DC обычно содержат трансформатор, работающий на частоте сети, выпрямитель и сглаживающий фильтр. Трансформатор изменяет величину напряжения в соответствии с коэффициентом трансформации (если нужно) и осуществляет гальваническую развязку. Выпрямитель выпрямляет (преобразует из переменного в постоянное) напряжение вторичной обмотки трансформатора. Сглаживающий фильтр фильтрует выпрямленное напряжение, снижая величину пульсации. Сравнительно редко встречаются н естабилизирующи е источники питания AC/DC с преобразователями напряжения, в которых выпрямитель выпрямляет сетевое напряжение, которое затем преобразуется в напряжение повышенной частоты 20-200 кГц, которое подается на трансформатор, а затем снова выпрямляется. Преимущество здесь – трансформатор, работающий на повышенной частоте, благодаря чему снижаются его габариты, вес и стоимость, а также габариты и вес источника питания в целом. Недостаток – более сложная схема с большим количеством элементов, что снижает надёжность и повышает стоимость.

Стабилизирующие источники питания AC/DC могут быть выполнены как с линейными стабилизаторами напряжения (с непрерывным регулированием, или аналоговыми), так и с импульсными. Первые из них обладают очень хорошими характеристиками, самым низким уровнем пульсаций, шумов и помех. Недостатком их является низкий КПД, который обычно не превышает 50% и наличие громоздкого сетевого трансформатора. Применение импульсного стабилизатора вместо линейного (во вторичной цепи после выпрямителя) решает проблему низкого КПД (повышая его до 80-90%), но остается громоздкий сетевой трансформатор и появляется другой недостаток – резко повышается уровень шумов и помех. Но во многих применениях это не критично. И в этих случаях очень широко применяются импульсные источники питания с бестрансформаторным входом. Подавляющее большинство серийно выпускаемых источников питания – именно такие источники. Эти источники питания не содержат низкочастотного трансформатора, работающего на частоте сети (50 или 60 Гц). Напряжение питающей сети сразу выпрямляется выпрямителем и фильтруется сглаживающим фильтром, а затем подается на преобразователь напряжения (инвертор), который снова преобразует его в переменное, но повышенной частоты (50-300 кГц) и прямоугольной формы. Это позволяет з0начительно уменьшить габариты и вес трансформатора и снизить его стоимость за счет уменьшения стоимости сердечника, меди и снижения трудоёмкости изготовления. Одновременно преобразователь напряжения осуществляет функцию стабилизации напряжения или тока за счет изменения длительности (широтно-импульсная модуляция, ШИМ) или частоты (частотно-импульсная модуляция, ЧИМ) импульсов, или одновременно того и другого (ЧИМ-ШИМ). Недостатком таких источников питания, кроме выше перечисленных, является низкий коэффициент мощности (примерно 0,6). Для его устранения во многих импульсных источниках питания устанавливается корректор коэффициента мощности, который позволяет его повысить до 0,95-0,99. В импульсных источниках питания обратная связь в большинстве случаев осуществляется с выхода и подается на преобразователь напряжения через оптическое или трансформаторное устройство гальванической развязки, что позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения или тока. При низких значениях выходного напряжения и больших токах нагрузки в некоторых источниках питания дополнительно используется обратная связь непосредственно с питаемой нагрузки.

Читайте так же:
Презентация использование теплового действия электрического тока в устройстве инкубаторов
Источники питания DC/DC

Источники питания DC/DC могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими, с гальванической развязкой и без гальванической развязки. Источники питания DC/DC применяются в тех случаях, когда первичным источником питания является источник постоянного тока, а питать оборудование непосредственно от него невозможно – требуется другое напряжение, или другая полярность, или другая стабильность, или гальваническая развязка. Во всех этих DC/DC источниках питания в основном используются импульсные преобразователи напряжения различных конфигураций. В тех случаях, когда гальваническая развязка не нужна и не очень большая разница напряжений между входом и выходом, применяются линейные стабилизаторы напряжения, в основном интегральные.

Источники питания DC/AC

Источники питания DC/AC (инверторы) применяются в тех случаях, когда имеется первичный источник питания постоянного тока, а для питания нагрузки необходимо напряжение переменного тока. Такая ситуация может встречаться, например, при необходимости питания нагрузки переменного тока от бортсети подвижных объектов (автомобилей, кораблей, самолётов и т.д.), от станционного источника питания постоянного тока аппаратуры телекоммуникаций, в автономных системах электропитания от солнечных батарей, ветрогенераторов и т.п., в источниках бесперебойного питания (ИБП) с промежуточным звеном постоянного тока в виде резервной аккумуляторной батареи.

Инверторы (в том числе и входящие в состав ИБП) выпускаются двух видов в зависимости от формы выходного напряжения:

С модифицированной синусоидой – выходное напряжение представляет собой двухполярные прямоугольные импульсы с паузой между ними, максимально приближенные по гармоническому составу к синусоиде, следующие с заданной частотой (наиболее часто 50 или 60 Гц).

С чистой синусоидой – выходное напряжение синусоидально с незначительными искажениями.

Достоинством первых является более простая схема и низкая стоимость, недостатком – несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, из-за чего не все потребители могут работать с таким инвертором.

Достоинством вторых является чистая синусоидальная форма кривой выходного напряжения, благодаря чему с этими инверторами могут работать любые потребители электрической энергии. Недостатком – более высокая цена, габариты и вес.

Презентация на тему Электрический ток. Источники электрического тока

Презентация на тему Презентация на тему Электрический ток. Источники электрического тока, предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 21 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

  • Главная
  • Физика
  • Электрический ток. Источники электрического тока

Слайды и текст этой презентации

Электрический ток. Источники электрического тока

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

Для существования электрического тока необходимы следующие условия:
наличие свободных электрических зарядов в проводнике;
наличие внешнего электрического поля для проводника.

Под действием электрического поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.

Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нём электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создаётся и может поддерживаться источниками электрического тока.

Читайте так же:
Каково практическое применение тепловых действий электрического тока

это устройство, в котором осуществляется разделение электрических зарядов.

Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях; в результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака).

Электромеханический генератор. Заряды разделяются путем совершения механической работы. Применяется для производства промышленной электроэнергии.

Генератор (от лат. generator — производитель) – устройство, аппарат или машина, производящая какой-либо продукт.

Тепловой источник тока – внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Если две проволоки из разных металлов спаять с одного края, а затем нагреть место спая, то в них возникает ток – заряды при нагревании спая разделяются. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры. (Утюг, электрочайник)

Радиосвязь и радиолокация

С первых дней войны усилия радиотехников были направлены на обеспечение Советской Армии необходимым радиооборудованием.
Большую роль в развитии советской радиолокации и тесно связанной с ней радионавигации сыграли работы А. Ф. Иоффе, Ю.Б. Кобзарев, А.С.Попов.

Под руководством академика А.Ф.Иоффе был создан «партизанский котелок».

Когда в котелок наливали воду и помещали над костром, спаи термопара нагревались пламенем, и этого было достаточно для выработки электроэнергии, необходимой для питания радиопередатчиков и радиоприемников.

Энергия света c помощью солнечных батарей преобразуется в электрическую энергию.

При освещении некоторых веществ светом, в них появляется ток – световая энергия превращается в электрическую энергию.
В данном приборе заряды разделяются под действием света. Фотоэлементы применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Гальванический элемент – химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией.

Первая электрическая батарея появилась в 1799 году. Её изобрел итальянский физик Алессандро Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока.

Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.

В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один — содержащий окислитель, другой — восстановитель), контактирующие с электролитом. Различают гальванические элементы одноразового использования (первичные элементы), многоразового действия (электрические аккумуляторы).

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Аккумулятор – химический источник тока многоразового действия. Существуют различные типы аккумуляторов: кислотные и щелочные. Заряды в них разделяются также в результате химических реакций.

Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.

Аккумулятор (от лат. accumulator — собиратель) – устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования.

Герметичные малогабаритные аккумуляторы (ГМА) ГМА используются для малогабаритных потребителей электрической энергии (переносные радиоприемники, электронные часы, измерительные приборы, сотовые телефоны и др.).

Закрепление изученного материала

Учебник -§32, вопросы после параграфа. Приготовить доклад о применении аккумуляторов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector