Меню

Каковы источники энергии постоянного тока

Какие существуют виды источников электрического тока?

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

  • механические;
  • тепловые;
  • световые;
  • химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

  1. Гальванические
  2. Аккумуляторы
  3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

  1. Солевые;
  2. Щелочные;
  3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

Какие существуют виды источников электрического тока?

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

  1. Свинцово-кислотные;
  2. Литий-ионные;
  3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Какие существуют виды источников электрического тока?

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

Какие существуют виды источников электрического тока?

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

Источник

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Навигация

Искать

Вы здесь: Home Материя и движение Электричество и магнетизм Переменный электрический ток

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц.

В металлах такими частицами являются электроны, в электролитах — положительные и отрицательные ионы (катионы и анионы), в ионизированных газах — ионы и электроны, в полупроводниках — электроны и «дырки».

Направлением тока физики условились считать направление, в котором движутся положительные заряды (от плюса к минусу). Если носителями тока являются только отрицательно заряженные частицы, например, электроны в металлах, то в этом случае направление тока противоположно движению электронов.

Движение электрически заряженных частиц внутри макроскопических тел называют током проводимости, а тело, проводящее ток, — проводником.

Электрическая цепь

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Электрическая цепь и схема

Электрические заряды вырабатываются источником тока. А используют ток устройства, которые называются потребителями электрической энергии. В быту это компьютеры, телевизоры, холодильники, электрические лампочки и другие приборы. Для того чтобы доставить к ним ток, их соединяют с источниками тока проводниками. А всё вместе это называется электрической цепью.

Элементы в электрической цепи могут быть соединены последовательно, параллельно или смешанным образом.

При последовательном соединении участок цепи не имеет ни одного узла, а все элементы соединены таким образом, что электрические заряды, двигаясь от источника тока, проходят поочерёдно через каждый из них.

Читайте также:  Трехфазный ток в однофазном трансформаторе

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

При параллельном соединении электрические заряды разделяются на группы, которые проходят параллельными потоками через элементы цепи.

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Графически электрическая цепь изображается схемой.

Различают постоянный, переменный и пульсирующий токи.

Постоянный электрический ток

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Направленное движение электрических зарядов

Постоянным током называют такой электрический ток, который с течением времени не меняет ни величину, ни направление.

Чтобы ток был постоянным, электрические заряды должны перемещаться вдоль проводников непрерывным и равномерным потоком. Это возможно в том случае, если проводники образуют замкнутый контур и находятся в стационарном электрическом поле.

Источники постоянного тока

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Источник постоянного тока

Работу источника тока можно сравнивать с работой водяного насоса. Подобно тому как насос перекачивает воду в замкнутой гидравлической цепи, источник тока обеспечивает движение электрических зарядов внутри электрической цепи.

Впервые устройство для получения электричества создал в 1800 г. итальянский физик Алессандро Вольта.

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Опустив в банку с кислотой цинковую и медную пластинки и соединив их проволокой, учёный получил непрерывный электрический ток. Это был первый гальванический элемент, химический источник тока, названный «элементом Вольта». Соединив несколько элементов и придав им вертикальное положение, Вольта собрал электрическую батарею, которую впоследствии назвали «вольтовым столбом».

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Но гальванический элемент не может вырабатывать ток бесконечно. Со временем он разряжается. Поэтому вскоре был придуман источник тока многоразового действия — электрический аккумулятор. Он устроен таким образом, что после того как он разрядится, его заряжают снова, пропустив через него ток, по направлению обратный току разрядки. Первый заряжаемый аккумулятор был создан в 1903 г. немецким учёным Иога́нном Вильге́льмом Ри́ттером.

Соединив несколько аккумуляторов, получают аккумуляторную батарею.

На промышленных предприятиях в качестве источников постоянного тока используются генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в энергию постоянного тока.

Параметры тока

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Очень важной количественной характеристикой тока является сила тока (величина тока), или просто ток, — скалярная физическая величина, равная величине заряда, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Но термин «сила тока» не следует воспринимать, как проявление силы в буквальном смысле. В проводниках нет силы. Там есть только движение электрических зарядов.

Если за время t через проводник сечением S протекает Q зарядов, то величина тока выражается формулой

I = Q/t

Единица измерения величины тока в системе СИ — ампер (А). Ток в проводнике равен 1 амперу, если за 1 секунду через проводник протекает заряд величиной в 1 кулон. Измеряют силу тока прибором, который называется амперметром. Он включается последовательно в электрическую цепь.

Для постоянного тока в единицу времени через любое поперечное сечение протекает одинаковое количество электрических зарядов.

Величина, равная отношению силы тока I к площади поперечного сечения проводника S , называется плотностью тока. В системе СИ плотность тока измеряется в А/м 2 . Конечно, практически невозможно найти проводник с диаметром сечения, равным квадратному метру. По этой причине силу тока принято измерять в А/мм 2 .

j = I/S

Любой проводник противодействует протеканию по нему электрических зарядов. Поэтому величина тока в проводнике зависит от другой важной величины, называемой сопротивлением. Это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. Она обозначается буквой R и определяется по формуле:

R = U / I ,

где U – напряжение, или разность электрических потенциалов, на концах проводника;

I – сила тока, протекающего между концами проводника.

В систем СИ единицей измерения сопротивления является ом.

Разные материалы по-разному сопротивляются движению тока. Поэтому сопротивление проводника зависит от вещества, из которого он сделан, его длины и сечения.

R = ρ ˑ l /S

где ρ – удельное электрическое сопротивление проводника, его способность препятствовать прохождению электрического тока;

l – длина проводника;

S — площадь поперечного сечения проводника.

Каждый источник постоянного электрического тока создаёт стороннее электрическое поле, совершающее работу по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц и перемещению их в электрической цепи. Эту работу производят любые силы не электрического происхождения, которые действуют внутри источника. Они называются сторонними силами. Возникают эти силы по разным причинам. Например, в гальваническом элементе они появляются в результате химических реакций, а в генераторах постоянного тока – при движении проводника в магнитном поле.

Величина, численно равная работе, которую выполняют сторонние силы, перенося единицу положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС).

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

где Е – ЭДС; А – работа, совершаемая источником по переносу заряда величиной Q .

Единицей измерения ЭДС в системе СИ является вольт ( v , V ). ЭДС источника тока равна 1 вольту, если при перемещении заряда, равного 1 кулону, совершается работа в 1 джоуль.

Перенося электрический заряд, источник тока совершает работу А по внутреннему участку (внутри себя самого) и работу А1 по внешнему участку электрической цепи. Поэтому полная работа А = А + А1 . Разделив обе части уравнения на Q , получим

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Величина A/Q называется падением напряжения на внутреннем участке цепи ( U ), а A1/Q — падением напряжения на внешнем участке цепи ( U1 ).

A = U + U1 , а U1 = А – U .

Величина, равная произведению тока на напряжение, называется мощностью. Единица измерения мощности – ватт.

P = IU = I 2 R = U 2 / R

Если в электрической цепи есть источник ЭДС, то P = I ˑ ε , где ε – ЭДС .

Закон Ома

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Между электродвижущей силой источника, током и сопротивлением цепи существует связь, которую устанавливает закон Ома. Этот закон был получен опытным путём знаменитым немецким физиком Георгом Омом в 1826 г. и назван впоследствии его именем.

Чаще всего встречается такая формулировка закона Ома: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка».

I = U / R

Но это выражение справедливо только для участка электрической цепи. Для полной цепи оно имеет вид:

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

где ε – ЭДС; R – сопротивление внешнего участка цепи; r – сопротивление внутреннего участка цепи.

Изменяя сопротивление, можно регулировать силу тока. Для этой цели используют реостаты – регулируемые сопротивления.

Признаки тока

Как узнать, есть ли в проводнике ток, не используя специальные приборы? Оказывается, сделать это не очень сложно, так как ток, проходящий по проводнику, всегда совершает какое-то действие: тепловое, магнитное или химическое.

Химическое действие тока мы наблюдаем при электролизе, когда происходит оседание веществ на электродах. Под воздействием электрического тока, пропускаемого через раствор или расплав электролита происходит химическая реакция. В результате одно вещество превращается в другое.

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Химическое дествие тока

Магнитное действие тока заключается в том, что любой проводник с током приобретает свойства магнита. Пример – катушка с проводом. Если через провод пропустить электрический ток, то катушка начинает притягивать металлические предметы.

Читайте также:  Как собрать скелета в тока ворлд

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Магнитное действие тока

Проходя по проводнику, электрический ток нагревает его. Так проявляется тепловое действие тока. Электрическая энергия превращается в тепловую. Мы наблюдаем это явление в электрическом камине, где раскаляются нити спирали, или в электрическом утюге.

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Тепловое действие тока

Это происходит, потому что любой проводник обладает сопротивлением, преодолевая которое ток совершает работу. Часть этой работы выделяется в виде тепла. И чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается. Именно поэтому спирали нагревательных элементов создают из материалов с высоким сопротивлением.

Количество выделяемого тепла Q определяется с помощью закона Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Этот закон вывел экспериментально английский физик Джеймс Пре́скотт Джо́уль в 1841 г. В 1842 г. независимо от него этот же закон установил российский физик Эмилий Христианович Ленц.

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Джеймс Прескотт Джоуль

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Эмилий Христианович Ленц

Количество теплоты, которое выделяет ток в проводнике, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени .

Q = I 2 Rt

Применение постоянного тока

Электрический ток. Источники и признаки постоянного тока

Область применения постоянного тока широка. В промышленном производстве его применяют для получения чистых металлов (алюминия, меди, никеля, калия, магния, натрия и др.) на установках промышленного электролиза. В гальванике он используется для создания металлического покрытия на поверхности различных предметов. Постоянным током проводят электрогазосварочные работы.

В медицине широко используется процедура, называемая электрофорезом, где с помощью постоянного тока в организм вводятся лекарственные вещества.

Постоянный ток применяется в микроэлектронике, электрических схемах автомобилей и др.

Электродвигателями постоянного тока оборудованы тепловозы, электропоезда, троллейбусы и трамваи.

Источник



Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения

Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.

Источники постоянного электрического тока

Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:

  • механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
  • тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
  • химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
  • световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.

В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.

Тепловые источники

В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.

Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.

Световые источники

Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.

Солнечная батарея

Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.

Химические источники

Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:

  • гальванические элементы, являющиеся первичными источниками ;
  • электрические аккумуляторные батареи (АКБ), или вторичные ХИТ;

*ХИТ — химические источники тока.

Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода («+») и катода («-«).

Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:

  • солевые или «сухие»;
  • щелочные;
  • литиевые.

В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).

Батарейка одноразовая

В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.

Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование — химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.

К основным видам аккумуляторов относятся:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые щелочные;
  • литий-ионные.

Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).

Аккумулятор автомобильный

Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов («банок»). Каждая «банка» обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.

В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.

Механические источники постоянного тока

Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.

Читайте также:  Оказание первой доврачебной медицинской помощи при поражении электрическим током

Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:

  • однополупериодые выпрямители;
  • двухполупериодные выпрямители.

В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.

Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.

Выпрямитель одного периода

Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.

Выпрямитель со средней точкой

Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает «квадрат». К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ «квадрата». Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.

Мостовая схема выпрямления

Регулирование источника

Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.

Схемы стабилизаторов

В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.

При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.

Импульсные источники

Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование — сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.

Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.

Сравнение источников

Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.

Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.

Заключение

В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.

Источник

Всё об источниках питания постоянного тока

Всё об источниках питания постоянного тока

Прежде, чем разбираться с вырабатывающими источниками, необходимо понять, что такое постоянный ток. Это поток электронов, движущийся всё время в одном направлении без изменения напряжения, частоты и силы. Переменный ток прочно вытеснил этот тип, но не всегда возможно использование вращения фаз. Например, некоторые электрические приборы по умолчанию созданы на базе полярной схемы. Их питание, в основном, происходит через преобразователь, собранный на трансформаторе. Источники постоянного тока позволяют подключать различные приборы, включая линии низковольтного освещения, различное высокоточное оборудование. На их основе до сих пор работают автомобильные электрические цепи, сеть питания в поездах и самолётах.

Постоянный и переменный ток

Какими бывают источники постоянного тока

Большинство людей сильно путается в понятиях в данной сфере. Блок постоянного тока не может считаться источником, потому что он не вырабатывает электроэнергию, а лишь преобразовывает её до определенных значений и показателей. В данный момент имеется всего 4 способа получения электрической энергии с постоянным напряжением от источника выработки или хранения к потребителю:

    Механические преобразователи. Они конвертируют энергию вращения роторных частей генераторов в электричество. К частным случаям можно отнести ручную динамо машину или подобные устройства, устанавливаемые на велосипедах. Механические источники требуют бесперебойной генерации, что может обеспечить только стабильно дующий ветер или текущая вода. Косвенно к ним можно отнести ветряки и гидроэлектростанции.

Принцип действия генератора постоянного тока

Тепловые источники энергии. Единственным рентабельным в данный момент элементом является так называемая термопара. На её базе работают так называемые вулканические электростанции в Исландии. Власти этой страны пробурили породы до магмы, а затем погрузили туда термопары. Здесь работает термоэлектрический эффект, позволяющий вырабатывать электроэнергию при помощи разности температур. Если правильно всё рассчитать, то КПД может достигать 90%. Больше получить не выйдет из-за потерь энергии, затрачиваемых на разгон атомов вещества при нагреве. Термическая электродвижущая сила стремительно растёт при увеличении перепада. Термопары практически не имеют срока годности, что позволяет отвод тепла от промышленных источников непосредственно для генерации и запасания электроэнергии.

Геотермальная электростанция в Исландии

  • Световые источники постоянного тока.
  • Химические источники постоянного тока.
  • Как обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии

    Чтобы решить данную задачу необходимо использование альтернативного источника. Преобразование от централизованного снабжения может проводиться постоянно через блок питания или трансформатор. Эта проблема актуальна не для частных домов и квартир, а для промышленного, исследовательского и медицинского оборудования. Например, при каждой больнице скорой и неотложной помощи обязательно имеется собственная автономная подстанция, способная генерировать токи, преобразовывая их в разнообразные показатели силы и напряжения. При наличии особой группы потребителей, устанавливается резервный источник электроэнергии — электрогенератор. Реализация системы бесперебойного электроснабжения состоит в установке устройств, которые будут обеспечивать незаметный (плавный) переход с основного на резервный источник и обратно. При этом качество подаваемой электроэнергии не должно изменяться. Для этого в систему устанавливают источник бесперебойного питания или ИБП. Это приспособление позволит в период отключения электроэнергии выполнить качественный переход на линию резервного питания.

    Источник