Меню

Постоянная составляющая постоянного тока

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 .

Дата добавления: 2016-01-29 ; просмотров: 1468 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Постоянная составляющая постоянного тока

Компьютерная техника, радиоэлектроника, электрика

  • Главная На главную
  • Электроника Статьи на тему
  • Электрика Статьи на тему
  • Компьютерная техника ПК, сети, комплектующие, обзоры
  • Обзоры устройств Посылки, гаджеты, тесты, видео

Переменный ток

Переменный ток все время изменяет свое направление в отличие от постоянного, который протекает только в одном направлении. Постоянный ток вырабатывают батареи и источники постоянного тока, а переменный – генераторы сигналов и государственные энергетические системы.

Синусоидальные колебания

Форма переменного тока или напряжения может принимать самые различные виды. Наиболее распространенной является синусоидальная форма переменного напряжения или тока (рис. 2.1). Синусоидальное колебание имеет два максимальных значения, или пика: положительный пик и отрицательный. Пиковое значение называется также амплитуде синусоиды. Значение синусоидального напряжения, измеренное от пика до пика (размах), является разностью потенциалов между положительным пиком и отрицательным.
Размах = Положительная амплитуда + Отрицательная амплитуда = Удвоенная амплитуда.

Синусоидальные колебания переменного тока

Рис. 2.1. Синусоидальные колебания переменного тока

Среднеквадратическое значение

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:

Мощность пост. тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение;
Мощность перем. Тока = Среднеквадр. значение тока х Среднеквадр. значение напряжения.

Значения переменного тока и напряжения всегда задают в виде среднеквадратической величины, за исключением специально оговоренных случаев.
Пример 1
Какое сопротивление имеет домашний электрический обогреватель мощностью 1 кВт?
Решение
Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 240 В (в России 220 В. — Прим. перев.). Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы P = V2/R определяем

P = V2/R = 240*240/1000 = 57, б Ом.

Соотношение между пиковыми и среднеквадратическими значениями

Среднеквадратическое значение сигнала переменного тока зависит от его формы. Так, среднеквадратическое значение синусоидального сигнала составляет 0,707 его пикового значения (амплитуды). Заметим, что это справедливо только для синусоидального сигнала. Например, если амплитуда синусоидального сигнала Vр = 10 В, то его среднеквадратическое значение составит Vср.кв. = 0,707 * Vр = 0,707 * 10 = 7,07 В (см. рис. 2.2). Из соотношения Vср.кв. = 0,707 * Vр следует, что

Vр = 1/0,707 * Vср.кв. = 1,414 * Vср.кв.

Среднеквадратичное значение синусоидального сигнала

Рис. 2.2. Среднеквадратическое значение синусоидального сигнала.

Постоянная составляющая сигнала переменного тока

Рис. 2.3. Постоянная составляющая сигнала переменного тока.

Постоянная составляющая в сигнале переменного тока

До сих пор мы имели дело с сигналами переменного тока, которые не содержали постоянной составляющей. Рассмотрим два синусоидальных сигнала, изображенных на рис. 2.3. Левый сигнал не имеет постоянной составляющей, и его положительный пик равен отрицательному. Правый же сигнал содержит составляющую постоянного тока величиной 5 В.
Постоянная составляющая переменного тока называется также средним, или усредненным значением сигнала переменного тока.
Определим постоянную составляющую сигнала, имеющего прямоугольную форму (рис. 2.4).

Постоянная составляющая сигнала, прямоугольной формы

Рис. 2.4.

1. Сначала определим положение нулевого уровня.
2. Вычислим площадь А1, лежащую выше нулевого уровня:
А1 = 4*1 = 4.

3. Вычислим площадь А2, лежащую ниже нулевого уровня:
А2 = 2*1 = 2.

Читайте также:  Ток при горячих проводниках

4. Вычислим суммарную площадь:
А1 – А2 = 4 – 2 = 2.

5. Отсюда среднее значение напряжения за период равно
Суммарная площадь/Время периода = 2/3 = 0,67 В.

Среднеквадратическое значение сложных сигналов

Как уже говорилось, соотношение
Среднеквадратическое значение = 0,707 амплитуды
справедливо только для синусоидальных сигналов. Среднеквадратическое значение сигналов, имеющих другую форму, может быть определено следующим образом.
1. Определить площадь сигнала за один период. Заметим, что при определении площади отрицательное значение превращается в положительное.
2. Определить среднее значение площади сигнала за период.
3. Вычислить квадратный корень из средней площади сигнала за период.
Определим среднеквадратическое значение сигнала, имеющего форму меандра (рис. 2.5(а)). Площадь положительного полупериода этого сигнала равна 3 * 3 = 9. Площадь отрицательного полупериода составля¬ет (-3) * (-3) = 9. Среднее значение площади за период, следовательно, равно 9. Отсюда среднеквадратическое значение напряжения будет корень из 9 = 3 В.

Сравнение среднеквадратических значений прямоугольного и синусоидального сигналов

Рис. 2.5. Сравнение среднеквадратических значений
прямоугольного и синусоидального сигналов.

Для сравнения определим среднеквадратическое значение синусоидального напряжения, имеющего значение положительной и отрицательной амплитуды +3 В и –3 В соответственно (рис. 2.5(б)): 0,707 * 3 В = 2,12 В.

Как видим, прямоугольный сигнал имеет большее среднеквадратическое значение. Это объясняется тем, что площадь под прямоугольной огибающей больше, чем площадь под синусоидой, хотя оба сигнала имеют одинаковые значения положительного и отрицательного пиков. В данном случае среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала равно его пиковому значению.

На рис. 2.6 изображен прямоугольный сигнал, имеющий только положительные значения. Среднеквадратическое значение этого сигнала меньше его пикового значения.
При однополупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение напряжения равно половине его амплитуды.
При двухполупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение такое же, как у полной синусоиды, т. е. 0,707 амплитуды (рис. 2.7), поскольку при вычислении среднеквадратического значения положительная полуволна сигнала идентична отрицательной, положительный полупериод идентичен отрицательному.
Заметим, что постоянная составляющая, или среднее значение сигнала, это просто усредненное значение напряжения за один период, не имеющее никакого отношения к среднеквадратическому значению.

Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность

Рис. 2.6. Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность.

Рис. 2.7. (а) При однополупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,5 амплитуды.
(б) При двухполупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,707 амплитуды.

В этом видео наглядно рассказывается о типах тока, в том числе о переменном токе:

Источник



Что такое постоянный ток

Определение постоянного тока

В идеальном случае постоянный ток не меняет своего значения и направления со временем. В действительности постоянный ток не является постоянной величиной в выпрямительных устройствах, так как он содержит переменную составляющую (пульсации).

Form of DC componentsФорма составляющих постоянного тока

В гальванических элементах постоянный ток тоже не постоянен, его значение уменьшается на нагрузке с течением времени, таким образом, постоянный ток является условным определением и при его использовании, изменениями постоянной величины пренебрегают.

Постоянная составляющая тока (DС)

DC – это Direct Current в переводе как постоянный ток. Графически в форме тока можно увидеть его изменения во времени или пульсации. Такие пульсации возникают в форме постоянного тока в выпрямителях с фильтрами, где используются небольшие емкости. В выпрямительных устройствах без использования емкостей пульсация может быть большой.

Пульсирующий ток на выходе выпрямителя без емкостей иногда называют импульсным током. На графике пульсирующего тока отображены постоянная составляющая DC (прямая линия) и переменная AC (пульсации). Постоянная составляющая тока определяется как среднее значение тока в течение периода.

2017-09-25_173713

AVG – это среднее значение постоянного тока. Переменную составляющую AC можно рассматривать как изменение постоянного тока относительно средней величины 2017-09-25_173755. Пульсацию формы постоянного тока определяют по формуле.

2017-09-25_173824

Где Iac – среднее значение переменной составляющей AC, Idc – постоянная составляющая тока.

Всё вышесказанное также относится и к постоянному напряжению.

Параметры постоянного тока и напряжения

Интенсивность электрического тока выражается в количестве зарядов перемещенных за промежуток времени через поперечное сечение проводника. Одним из важных параметров постоянного тока является величина тока, которая измеряется в Амперах. Интенсивность тока в 1 Ампер заключается в перемещении заряда один Кулон в течение 1 секунды.

Напряжение постоянного тока измеряется в Вольтах. Напряжение постоянного тока представляет собой разность потенциалов между двумя точками одной электрической цепи. Также важным параметром для постоянного напряжения является размах пульсации и коэффициент пульсации. Размах пульсации представляет собой разность между максимальной величиной пульсации и минимальной.

А коэффициент пульсации выражается в отношении действующей величины переменной составляющей (AC) тока к постоянному значению составляющей (DC). Также важным параметром постоянного тока является мощность P. Мощность постоянного тока можно характеризовать его работой за определенный промежуток времени. Мощность измеряется в Ваттах и определяется по формуле:

Читайте также:  Преимущества электрического тока перед другими видами энергии

Согласно этой формуле одинаковую мощность можно получить при разных токах и напряжениях.

Источник

Постоянная составляющая тока.

Эксперименты показывают, что поведение дуги переменного тока вблизи моментов изменения направления дугового тока (или полярности дугового напряжения) существенно зависит от свойств материала электродов и условий в дуговом промежутке. При этом поведение дуги в эти моменты на тугоплавком и легкоплавком электродах совершенно различно и зависит от направления изменения тока (рис. 1.4).

Это хорошо прослеживаются в дуге переменного тока при сварке вольфрамовым электродом в аргоне изделий из алюминиевых сплавов. Характерной особенностью такой дуги является высокий пик напряжения повторного зажигания при переходе с прямой полярности (катод – вольфрамовый электрод) на обратную (катод – алюминиевое изделие) и незначительный пик этого напряжения при переходе с обратной полярности на прямую. Качественно это хорошо объясняется термоэмиссионной теорией неплавящегося катода и теорией автоэлектронной эмиссии из алюминиевого катода.

При переходе с обратной полярности на прямую разогретый в предыдущем полупериоде вольфрамовый электрод энергично эмитирует электроны. Ток эмиссии определяется только температурой электрода, которая из-за малой теплопроводности вольфрама не успевает заметно измениться. Поэтому ток в дуге возникает при сколь угодно малом восстанавливающемся напряжении и растет вместе с ростом напряжения. Наблюдающийся при этом небольшой пик напряжения зажигания обусловлен падающей характеристикой дуги при малых токах. Напряжение горения дуги в течение всего полупериода невелико.

Рис. 1.4. Напряжение на дуге при сварке переменным током вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов.

Различие физических свойств электрода и изделия при сварке вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов приводит к тому, что напряжение на дуге в одном полупериоде резко отличается от напряжения в другом полупериоде. Температура торца электрода в несколько раз выше температуры ванны с расплавленным алюминием.

Из-за того, что напряжение горения дуги в разных полупериодах существенно различаются, в сварочной цепи возникает постоянная составляющая тока. Постоянная составляющая тока при сварке на переменном токе отрицательно сказывается на работе источника питания, намагничивая трансформатор, и снижает качество сварного соединения.

1. Включение в сварочную цепь емкости (конденсатора).

2. Включение диодно-тиристорной цепочки.

Включение последовательно в сварочную цепь конденсатора приводит к уничтожению постоянной составляющей т.к. конденсатор не проводит постоянный ток. По такой схеме выполнены отечественные установки УДАР-300 и УДАР-500. Недостатком такого способа борьбы с постоянной составляющей является большие габариты и вес конденсаторной батареи и соответственно всей установки.

Включение диодно-тиристорной ячейки показано на рис. 1.5. Диод (см. рис. 1.6 – а) – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Прибор состоит из двух электродов – катода «К» и анода «А». Диод пропускает ток в том случае, когда его анод положителен, а катод отрицателен. Если полярность на электродах противоположна (на катоде «+», а на аноде «-«), то диод закрыт и электрический ток не проходит. Тиристор (см. рис. 1.6 – б) отличается от диода наличием еще одного электрода – управляющего (УЭ). В отличие от диода тиристор пропускает ток, когда его анод положителен, катод отрицателен и на его управляющем электроде подан управляющий сигнал. Причем, управляющий сигнал может быть кратковременным (импульсным), достаточным для времени открывания тиристора (тира – дверь по-гречески). Тиристор остается открытым и после исчезновения управляющего сигнала. Закрывается он сменой полярности напряжения анод – катод, т.е. при подаче на анод отрицательного напряжения, а на катод – положительного.

Таким образом, при отрицательной полярности на изделии (обратная полярность) вся полуволна синусообразного напряжения подается на дуговой

Рис. 1.5. Включение диодно-тиристорной ячейки в сварочную цепь для подавления постоянной составляющей при сварке переменным током. 1 – выключатель; 2 – сварочный трансформатор; 3 – неплавящийся электрод; 4 – изделие; 5 – диод; 6 – тиристор.

Рис. 1.6. Изображение диода –А и тиристора – Б на принципиальных электрических схемах.

Рис. 1.7. Кривые напряжений на дуге и управляющего сигнала при включении диодно-тиристорной ячейки для подавления постоянной составляющей в сварочной цепи.

промежуток через диод 5 (рис.1.5). При положительной полярности на изделии (прямая полярность) на дуговой промежуток подается только часть синусоиды (рис. 1.7), начиная с момента подачи управляющего сигнала на тиристор 6.

Следовательно, при прямой полярности на дуговой промежуток подается пониженное напряжение, величина которого регулируется моментом подачи управляющего импульса. Угол, отсчитываемый от момента перехода синусоиды через нуль до момента подачи управляющего импульса на тиристор, называется углом управления тиристора. Таким образом, изменяя угол управления тиристором можно регулировать величину напряжения на дуговом промежутке при положительной полярности на изделии, выравнивая тем самым токи в обеих полуволнах напряжения на дуге. Импульс на управляющий электрод и момент его подачи формируется специальной электронной схемой.

Читайте также:  Сущность электрического тока параметры тока величина напряжение

Такой способ борьбы с постоянной составляющей применен в отечественных установках для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом алюминиевых сплавов УДГ – 301 и УДГ – 501.

Необходимо отметить, что повторное напряжение зажигания дуги при переходе тока через нуль с прямой полярности на обратную составляет несколько сотен вольт, которого явно не обеспечивает сварочный трансформатор. Поэтому в рассматриваемых установках применяют специальные устройства, подающие на дугу в этот момент короткие высоковольтные (до 600 В) импульсы, называемые стабилизирующими. Стабилизирующие импульсы помогают возбудиться дуге при смене полярности с прямой на обратную.

Трехфазная сварочная дуга.

Сварка трехфазной дугой проводится двумя электродами, причем две фазы подключаются к электродам, а третья к сварочному изделию, причем все три дуги горят в общем плавильном пространстве.

Последовательность и длительность горения каждой из этих дуг зависит от последовательности чередования фаз и параметров сварочной цепи (рис.1.8).

Рис.1.8. Трехфазная дуга, а – схема сварки; б – схема горения дуги через –каждые 1/6 периода; в – кривые токов и напряжений дуг; г – кривые линейных токов.

В каждый момент времени может гореть не более двух дуг. Это объясняется тем, что на торцах электродов не могут одновременно существовать анодное и катодное пятна.

Важнейшей технологической особенностью трехфазной сварочной дуги является возможность регулирования распределения мощности и теплоты, расходуемой на плавление электродов и основного металла. Это

достигается за счет изменения соотношения между токами напряжениями отдельных дуг.

Режимы трехфазной дуги и ее технологические возможности характеризуются соотношениями между действующими значениями токов и напряжений:

Изменяя эти коэффициенты, можно существенно регулировать глубину проплавления основного металла и скорости плавления электродов. В пределе можно вообще исключить плавление основного металла.

В трехфазной сварочной дуге в любой момент времени горит, по крайней мере, одна дуга, вследствие чего ее устойчивость выше, чем однофазной дуги. Здесь значительно облегчены условия повторных возбуждений, т.к. непрерывно сохраняется достаточно высокая температура активных пятен и дуговой промежуток всегда ионизирован.

Сжатая дуга.

В последние годы получают развитие методы повышения температуры дугового разряда за счет принудительного сжатия столба дуги, которое производится в плазменных горелках или плазмотронах. С помощью этих устройств можно получить температуры, достигающие 30000 0 С. Наиболее распространенный способ сжатия состоит в том, что диаметр столба дуги

ограничивают специальным соплом (рис.1.9).

Защитный газ, подаваемый внутрь горелки, вытекая через сопло, сжимает столб дуги, изолируя его от стенок, и выносит нагретые до высоких температур газы (плазму) за пределы горелки. Этот газ называется плазмообразующим. Чтобы сопло не плавилось, его выполняют из материала с высокой теплопроводностью (чаще всего из меди) и охлаждают проточной водой. В горелках типа анод – сопло (рис.1.9,б) дуга горит внутри замкнутой камеры, и образующаяся плазма выдувается из сопла (плазменная сварка косвенной дугой).

При горении дуги в узком водоохлаждаемом сопле наружные слои газа, соприкасающиеся со стенками сопла, имеют более низкую температуру, чем центральные слои. В результате проводимость наружных слоев гораздо ниже,

чем центральных, что приводит к увеличению плотности тока в центральной части плазменной струи. В свою очередь, это приводит к повышению температуры.

Степень ионизации газа в центральной части сопла при сильном сжатии дуги приближается к единице. Поэтому столб дуги как элемент электрической цепи по своим свойствам приближается к линейному сопротивлению, вольтамперная характеристика его имеет возрастающий характер.

В качестве плазмообразующего газа используются как инертные газы (аргон, гелий, азот) так и кислородсодержащие смеси (сжатый воздух).

Рис.1.9. Схемы плазмотронов, а – с изолированным соплом; б – сопло-анод; 1

— электрод; 2 – токоподводящий мундштук; 3 – сопло; 4 – плазменная струя; 5 – изделие.

В реальных условиях сварки или резки длина разрядного промежутка может изменяться в широких пределах. Поэтому применяются источники с крутопадающими характеристиками. В связи с высоким значением напряженности электрического поля в сжатой дуге требуются специальные источники питания с повышенным напряжением (до 500 В). Для первоначального возбуждения дуги в плазмотронах используются высоковольтные разряды высокой частоты (от осцилляторов), либо вспомогательные маломощные дуги, горящие между электродом и соплом горелки (дежурная дуга).

1.6 Устойчивость сварочной дуги и требования

Источник