Вторичные цепи трансформаторов тока, подключенные к первичной цепи нагрузки через их силовую обмотку. Все вторичные контуры работают в режиме надежного байпаса. Их нельзя отсоединять, иначе в цепи возникнет перенапряжение.
ЭМП и источники энергии: особенности и различия
Электротехника связывает природу электричества со структурой материи и объясняет его движением свободно заряженных частиц под воздействием энергетического поля.
Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходим источник энергии, который преобразует этот ток в электрическую энергию:
Механическая энергия от вращения роторов генераторов;
Химические процессы или реакции, происходящие внутри гальванических устройств и батарей;
тепла в терморегуляторах;
магнитные поля в магнитогидродинамических генераторах;
световой энергии в фотоэлектрических элементах.
Все они имеют различные характеристики. Для классификации и описания их параметров было принято традиционное теоретическое деление источников:
Электрический ток в металлическом проводнике
Определение тока и электродвижущей силы было дано в 18 веке известными физиками того времени.
Идеальным считается двухполярный источник, в котором электродвижущая сила (и напряжение) на зажимах всегда остается постоянной. На него не влияет сетевая нагрузка, а его внутреннее сопротивление равно нулю.
На схемах он обычно обозначается кружком с буквой “E” и стрелкой в центре, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).
Вольт-амперные диаграммы и характеристики источников ЭМП
Теоретически, напряжение на выходах идеального источника не зависит от тока нагрузки и является постоянным. Однако это условная абстракция, которую невозможно реализовать на практике. В реальном источнике напряжение на клеммах всегда уменьшается при увеличении тока нагрузки.
Из диаграммы видно, что ЭДС E состоит из суммы падений напряжения на внутренних сопротивлениях источника и нагрузки.
В реальности в качестве источников напряжения выступают различные химические и гальванические элементы, батареи и сетевые источники питания. Они подразделяются на источники напряжения:
Напряжение постоянного и переменного тока;
Управляется напряжением или током.
Это так называемые генераторы биполярного тока, которые вырабатывают ток строго постоянной величины и никак не зависят от величины сопротивления подключенной нагрузки, в то время как их внутреннее сопротивление близко к бесконечности. Это также теоретическое предположение, которое не может быть реализовано на практике.
Вольт-амперные диаграммы и характеристики источника тока
Для идеального источника тока напряжение на его зажимах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней цепи. Однако они увеличиваются по мере роста сопротивления.
Реальный источник питания отличается от идеального источника питания величиной внутреннего сопротивления.
Примерами источников тока являются:
Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенные к первичной цепи нагрузки через их силовую обмотку. Все вторичные контуры работают в режиме надежного байпаса. Их нельзя отсоединять, иначе в цепи будут возникать скачки напряжения.
Индукционные катушки, по которым в течение некоторого времени течет ток после отключения питания от цепи. Внезапное отключение индуктивной нагрузки (резкое увеличение сопротивления) может привести к разрыву промежутка.
Генератор тока, построенный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.
В разных литературах источники тока и напряжения могут называться по-разному.
Виды обозначений источников тока и напряжения на электрических схемах
Если вам понравилась эта статья, не стесняйтесь поделиться ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!
Этот вопрос важен по той простой причине, что физическая величина должна быть измерена для поддержания правильного закона тока. Первые гальванометры оценивали этот параметр по напряженности магнитного поля, создаваемого проводником. Таким образом, была заложена основа для первых испытателей. Как работает современное оборудование?
Работа источника питания
Требования к коэффициентам электропитания
В учебниках по физике приводятся примеры источников энергии:
- Батареи.
- Батареи.
Нетрудно заметить, что гальванические источники энергии работают химически. Водитель автомобиля знает: аккумулятор не может выдавать постоянный ток, напряжение. Мощность ограничена скоростью химических реакций, происходящих на пластинах и ребрах. Следовательно, параметры не остаются постоянными.
Лучшим примером источника тока-напряжения является инвертор. Электроника гибко изменяет параметры устройства для достижения желаемого эффекта. Выходами являются переменное напряжение, постоянное напряжение и ток. В зависимости от возникающих потребностей. Персональный компьютер имеет множество напряжений питания: для жестких дисков, процессора, DVD-приводов. 5, 12, 3.3 В. У каждого из них есть цель, несколько целей.
Протекание тока в цепи
Потребитель может определить, нужен ли ему постоянный ток или напряжение, которое генерируется по определенному закону. Если взять сварку, то скорость прохождения заряда через плазму определяет рабочую температуру процесса, напрямую определяет условия работы дуги, глубину проплавления металла. Технологи уже давно рассчитали условия, определенные экспериментально, в руководстве по эксплуатации сварочного аппарата написано следующее:
- толщина пластины – 3 мм;
- диаметр электрода – 3,2 мм;
- рабочий ток процесса – 100 – 140 A.
Сварщик быстро устанавливает заданные параметры на корпусе IWM 220, берет электрод соответствующего диаметра, зажимает его рукояткой, включает второй выход на землю. Затем он надевает маску и начинает легонько постукивать по детали, создавая искру. Не слишком беспокоясь о результатах своей работы, руководство по профессии подсказывает ему, с какой скоростью двигаться вокруг сварного шва, под каким углом наблюдать за результатом процесса. Сварщик хорошо знает, чего делать не следует. Конечно, специальная комиссия присваивает рабочему разряд на основании результатов испытаний (выполнение конкретных сварных швов) (это оказывает измеримое влияние на объем обязанностей, заработную плату).
Поэтому тип тока зависит от потребностей текущего процесса. В большинстве случаев требуется напряжение, часто оборудование изначально требовало постоянного тока. К ним относятся различные типы нагревателей, которые работают на основе закона Джоуля-Ленца. Мощность, преобразованная в тепло, определяется величиной сопротивления, протекающим током.
Для бытовых целей удобнее сохранять напряжение. Кроме нагревателей существует множество других устройств. Во-первых, электроника. Напряжение на активном сопротивлении проводника линейно зависит от силы тока. Нет никакой разницы в том, что такое быть постоянным. Почему тогда они должны стабилизироваться в процессе сварки?
Рука сварщика не может двигаться с достаточной силой, колебания воздуха постоянно изменяют длину дуги. Есть и другие нарушения. Напряжение в этой области непостоянно. Поэтому ток будет меняться (в соответствии с законом Ома). Неприемлемо по причинам, описанным выше: температура будет меняться, процесс будет протекать неправильно. Нам нужно поддерживать постоянным ток, а не напряжение.
Как сделать ток заданной формы
Исторически первыми были обнаружены источники гальванического тока. Это произошло в 1800 году. Гением, подарившим человечеству первый источник электричества, был Алессандро Вольта. Затем последовал ряд открытий. Первым измерителем был гальванометр – прибор, определяющий силу электрического тока. Принцип этого новшества, представленного миру Швайгером, был основан на взаимодействии магнитных полей проводника и иглы компаса.
Этот вопрос важен по той простой причине, что физическая величина должна быть измерена, чтобы поддерживать правильный закон тока. Первые гальванометры оценивали этот параметр по напряженности магнитного поля, создаваемого проводником. Таким образом, была заложена основа для первых испытателей. Как работает современное оборудование?
Зарядные устройства поддерживают постоянное напряжение. Ток измеряется для оценки степени заполнения батареи. Благодаря продуманному решению телефон способен мнемонически сигнализировать о ходе процесса. Когда батарея заполнена, полоска зарядки полностью закрашивается (в первых мобильных телефонах) или исчезает (во многих смартфонах при выключении). Ход процесса регистрируется датчиком Холла: как только импульсы исчезают, считается, что устройство не требует дальнейшей зарядки.
На основе этого эффекта можно первоначально зарегистрировать наличие/отсутствие тока. С развитием науки и техники появились преобразователи на основе соединений индия с хорошими метрологическими свойствами. Они способны оценивать параметры тока по значению выходного напряжения. Современные аналого-цифровые преобразователи преобразуют разность потенциалов в цифры, которые могут быть понятны процессору. Последний выполняет необходимые операции по управлению устройством, способствуя возникновению тока определенной формы.
Инвертор работает аналогичным образом. Ключевые нарезанные импульсные последовательности передают малоразмерный параметр в неизменном виде (форма графика), с измененными характеристиками. Остается только измерить нужные величины и выполнить интегрирование по заданной площади. Таким образом, современный сварочный аппарат по определению защищен от заклинивания: он отключается при резком повышении тока питания. Существует еще несколько полезных функций инверторов, обеспечиваемых электроникой. Вот почему сварщики любят эти машины.
В цепях с большой нагрузкой ток регулируется трансформаторами. Датчики Холла с напряжением в десятки, сотни ампер не работают напрямую. Типичное предельное значение составляет десятки мА. Используется принцип, аналогичный тому, который применяется в цифровых мультиметрах: из потока заряда в электрической цепи извлекается небольшая часть. Затем общая стоимость оценивается с помощью коэффициента. Трансформаторы тока работают аналогичным образом. Без первичной обмотки они передают небольшую часть энергии поля измерительному прибору (например, счетчику, устройству управления) посредством электромагнитной индукции.
Источники тока – это элементы электрической цепи, которые удерживают энергию с определенными параметрами. Мощность цепи не зависит от характеристик ее компонентов, таких как сопротивление.
Обозначение источника питания
Специальные обозначения используются для того, чтобы избежать вопросов о том, какой тип источника тока представлен. В физике существуют точные графические иллюстрации, по которым можно определить тип используемого источника тока:
Символы
На каждой диаграмме указаны следующие параметры:
- Общие понятия об источнике тока и движущей силе ЭДС;
- Графическое представление без электродвижущей силы;
- Химический тип;
- Аккумулятор;
- Фиксированное напряжение;
- Переменное напряжение;
- Генератор.
Благодаря графическим обозначениям на схеме вы всегда сможете определить, какой тип используется в данной ситуации и как правильно его идентифицировать. Существуют также международные маркировки, которые встречаются немного реже, обычно для международных проектов.
Таким образом, эта несложная конструкция преобразует внутреннюю энергию нагретого металла в электрическую.
Источники тепла
Источником тепла являются различные термопары. Термопара – это устройство, в котором тепловая энергия, полученная от нагревателя, преобразуется сначала во внутреннюю энергию вещества, а затем в электрическую.
Одним из таких элементов является термопара (Рисунок 5). Термопара состоит из двух различных металлических проводов, спаянных вместе. Если нагреть место их соединения, то на свободных концах проводов можно обнаружить электрическое напряжение (ссылка).
Если свободные концы термопары подключены к приемнику тока, то под воздействием тепловой энергии через замкнутую цепь протекают электроны, т.е. возникает электрический ток.
Таким образом, эта несложная конструкция преобразует внутреннюю энергию нагретого металла в электрическую.
Вопрос 6. По вашему мнению, во время работы этой батареи, в какой момент своих характеристик батарея будет отдавать максимальную мощность нагрузке и в какой момент ее нагрев будет минимальным.
Урок физики
Существуют и другие источники электричества, несущие заряд, такие как солнечные батареи, Генератор Ван де Граафа и Электроформовочная машина.Некоторые из них могут располагаться в школе. Солнечная батарея – это p-n-переход, генерация электронно-дырочных пар производится не высокоэнергетической заряженной частицей, а квантом света. Поскольку солнечный свет на Земле бесплатный и обильный, люди давно и упорно пытаются получать электричество непосредственно из него. В настоящее время около 2% всей энергии, используемой человечеством, поступает от таких батарей. Это немного, но цифра постоянно растет, и в ближайшие годы рост ускорится – ведь вырабатываемая таким образом электроэнергия сравняется по стоимости с “обычной” энергией, а это увеличит приток инвестиций. Следовательно, вольт-амперные характеристики солнечной панели похожи на характеристики ядерной батареи. На рисунке 6 показан пример характеристик при различной интенсивности света.
Генератор Ван де Граафа – источник очень высоких напряжений, до 25 МВ, при малых токах, хотя и усовершенствованная модификация, пеллетронобеспечивает ток до 0,5 мА. Исторически он использовался для физических экспериментов, например, для питания линейных ускорителей, а сейчас, вероятно, только в учебных целях. Генератор содержит кольцевую диэлектрическую полосу, натянутую между двумя роликами и расположенную вертикально – что-то вроде вертикального эскалатора. В нижней части находится источник умеренно высокого напряжения, который ионизирует воздух. Ионы прилипают к ленте и переносятся ею к вершине. В верхней части заряд снимается с ленты и переносится на проводящую сферу большого диаметра.
Вопрос 7. Каково максимальное предельное напряжение генератора Ван де Граафа, какова запасенная в нем энергия, и что происходит с ионами, уносимыми вверх лентой?
Существует еще несколько устройств, в которых высокое напряжение создается движущимися зарядами. Вот три примера, два из которых вы наверняка знаете. Первый из них – это капельница Кельвина. Попробуйте догадаться, как он работает, глядя на рисунок 7. Устройство примитивно – две металлические банки внизу, два металлических кольца вверху, два провода и вильчатая трубка, из которой капает вода.
Оказывается, что фундаментальной проблемой здесь является случайная асимметрия зарядов. Например, одну банку передвинули по столу, а другую нет, и первая наэлектризовалась. Что будет дальше? Например, левая заряжена отрицательно. Тогда правое кольцо тоже заряжается минусом, правый конец трубки заряжается плюсом, капли из него и из правой банки заряжаются плюсом, и чем дальше, тем больше. Но здесь возникает вопрос – каков предел напряжения?
Близкими родственниками этого прекрасного устройства являются гальванопластический станок и его предшественник, машина Гольца.
Обратите внимание, что при обсуждении работы гальванопластической машины часто возникают споры о том, важна ли для ее работы фрикционная электрификация. Из интернет-источников можно сделать вывод, что электризация за счет трения ускорит процесс накопления заряда. И в старых конструкциях это действительно использовалось. В более поздних конструкциях, разработанных не для достижения максимальных напряжений, а для демонстрации эффекта, от него отказались. Электрификация за счет трения серьезно изучалась M. I. Корнфельд (опубликовано в журнале “Физика твердого тела”), а популярную статью можно найти в журнале “Квант” (№ 6, 1985).
Наконец, отметим, что источники электричества встречаются в живых организмах, например, в некоторых рыбах. Люди вряд ли будут использовать такие источники, но рыбы используют. Они используют их для определения местонахождения и в качестве оружия. Есть еще один источник электроэнергии, и мы сами живем в этом источнике – это атмосфера. В этом случае мы можем указать на некоторые процессы, с помощью которых работает такая батарея. Заряды переносятся в атмосфере аэрозолями – капельками воды, кристаллами льда. Они движутся благодаря воздушным потокам и гравитации.
1. Существуют гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью света, электромагнитное взаимодействие распространяется в вакууме с той же скоростью, а в средах – как повезет (помните формулу с показателем преломления?). Однако существует две скорости – фазовая и групповая.
2. Трение твердого о мягкое может быть больше, чем о твердое, потому что твердое проникает в мягкое и вынуждено разрывать мягкое при движении, т.е. коэффициент трения в паре твердое-мягкое оказывается зависящим от прочности мягкого. Диэлектрическая проницаемость – это ослабление внешнего поля собственным полем заряда вещества. В неполярной материи это заряды ядер и электронных оболочек, а в полярной материи это также заряды ионов. Электронные оболочки реагируют на внешнее поле быстрее, чем молекулы, но индуцированное поле слабее. Поэтому полярная жидкость имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, но она значительно уменьшается с увеличением частоты, когда молекулы не успевают вращаться в изменяющемся внешнем поле.
3. Для малых токов внутреннее сопротивление r будет выше среднего значения, при больших токах – ниже. Она равна скорости уменьшения напряжения при увеличении тока, т.е. r = ΔU/ΔI – Это является следствием закона Ома. Если зависимость линейная U(I) тепловая мощность фактически P = I 2 rЭто можно продемонстрировать путем прямого расчета. Для реальной характеристики это не так. Например, рассмотрим ситуацию, когда характеристика имеет даже небольшой участок с большим значением ΔU/ΔI. Затем, в этом разделе I 2 r представляется максимально возможной, хотя она заранее ограничена ∗. )I – полная мощность источника.
4. Не может быть напряжения при нулевом сопротивлении и тока через бесконечное сопротивление. Эти модели хорошо работают, т.е. позволяют получить правильные решения, если мы не собираемся использовать очень маленькие и очень большие сопротивления нагрузки соответственно. Особенно в электронике этого часто бывает достаточно для активного использования этих моделей. Модель источника тока проста – параллельно подключенный источник тока I и устойчивость r. Убедитесь путем прямого расчета, что в этом случае характеристика нагрузки простая, ток короткого замыкания составляет Iа напряжение холостого хода составляет rI.
5. От того, кто создал магнитный поток – деваться некуда. Но что меняется при установке проводника? Ток течет, он создает магнитное поле, противоположное изменению (помните принцип Ленца?). В свою очередь, наличие этого “противоположного поля” требует увеличения потребления энергии создателем магнитного потока, если мы хотим, чтобы этот поток рос как прежде.
6. Не существует такого понятия, как 100% КПД, поэтому устройство обязательно будет нагреваться. Максимальная скорость будет там, где произведение напряжения и тока будет наибольшим, то есть в точке перегиба. Отопление также будет минимальным.
7. При правильной конструкции максимальное напряжение ограничивается преломлением воздуха вблизи поверхности шара. Электрическая прочность воздуха составляет около 30 кВ/см. При диаметре шара 2 м максимальное напряжение составит 30 МВ. Энергия накапливается за счет работы зарядов в поле. Иногда пишут, что ионы переходят в шар, но это неверно – они обмениваются зарядами с шаром и становятся атомами.
1 Если термин выделен курсивом, это означает, что информацию о нем можно найти в Интернете.
Работа у источника – это работа внешних сил по переносу электрических зарядов по проводнику с течением времени:
Если ток, протекающий через двухполюсник и снимаемый с его контактов, не меняется в зависимости от величины напряжения на этих контактах, то это идеальный источник тока. Закон Ома, гласящий, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению, применим и к такой схеме. Формула такова:
I = U/R, где:
- I – ток, A;
- U – напряжение, В;
- R – сопротивление, Ом.
В этом случае предполагается, что внутреннее сопротивление источника близко к бесконечности или равно ей. Это означает, что внешние параметры схемы, изменяющие напряжение на выходе двухполюсника, не изменяют ток.
Предупреждение. Мощность на выходах источника будет увеличиваться при увеличении сопротивления нагрузки, в то время как ток остается неизменным, что дает увеличение мощности P = U*I. В этом случае можно говорить об идеальном источнике энергии.
Источник любого типа далек от идеального генератора. Правильно подобранный и неповрежденный источник питания будет работать долгое время. Самое главное, чтобы он работал в рекомендованном режиме. Поскольку большинство продуктов связано с химическими процессами, их хранение и утилизация подпадают под действие экологических норм.
Читайте далее:
- 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
- Термопары: основные принципы и основы проектирования.
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
- Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
- Электричество. Сила электричества.
- Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
- Что такое электричество и кто его изобрел?.