Преобразователь электрического тока: Преобразователь электрической энергии — это… Что такое Преобразователь электрической энергии?

Содержание

Преобразователь электрической энергии — это… Что такое Преобразователь электрической энергии?

Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.

История развития

При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.

Период использования Компонентная база Особенности
1880-е Мотор-генератор + Чистая синусоида
+ Высокий КПД

+ Большие мощности
— Материалоёмкость
— Сложность ремонта и обслуживания
— Шум и вибрации

1880-е
Используются в настоящее время
Трансформаторы + Большая надёжность
+ Высокий КПД
+ Большие мощности
— Большие габариты при малых частотах
— Невозможность преобразования постоянного тока
1930—1970-е
В настоящее время практически не используются
Ионные приборы — Хрупкость корпусов (стекло)
— Длительное время подготовки к работе
1960-е
Используются в настоящее время
Полупроводниковые диоды, тиристоры

и транзисторы

+ Компактность
+ Бесшумность
+ Лёгкость и гибкость управления
— Потери мощности в ключах
— Искажения и помехи в сетях

Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших.

Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.
Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери — меньше, а качество преобразования энергии — гораздо выше.

Функции преобразователей

  • Преобразование
  • Преобразование и регулирование
  • Преобразование и стабилизация

Классификация

По характеру преобразования

 

 

 

 

 

Преобразователи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выпрямители
≈→=

 

Инверторы
=→≈

 

Преобразователи частоты и числа фаз
≈→≈
Напряжения
=→= ≈→≈

 

 

 

Выпрямители

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.

[1]

Инверторы

Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.

Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.

Зависимые инверторы

Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.[2]

Автономные инверторы

Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.

[3]

В свою очередь автономные инверторы подразделяются на:

Преобразователи частоты
Импульсные преобразователи напряжения

По способу управления

  1. Импульсные (на постоянном токе)
  2. Фазовые (на переменном токе)

По типу схем

  • Нулевые, мостовые
  • Трансформаторные, бестрансформаторные
  • Однофазные, двухфазные, трёхфазные…

По способу управления

  • Управляемые
  • Неуправляемые

Примечания

  1. С.
    Ю. Забродин
    Глава 5 Маломощные выпрямители постоянного тока, §5.1 Общие свединия // Промышленная электроника: учебник длч вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 287. — 496 с.
  2. С. Ю. Забродин Глава 6 Ведомые сетью преобразователи средней и большой мощности, §6.1 общие сведения // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 315. — 496 с.
  3. С. Ю. Забродин Глава 8 Автономные инверторы, §8.1 Автономные инверторы и их классификация // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 438. — 496 с.

Преобразователь электрической энергии — это… Что такое Преобразователь электрической энергии?

Преобразователь электрической энергии

 — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.

История развития

При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.

Период использования Компонентная база Особенности
1880-е Мотор-генератор + Чистая синусоида
+ Высокий КПД

+ Большие мощности
— Материалоёмкость
— Сложность ремонта и обслуживания
— Шум и вибрации

1880-е
Используются в настоящее время
Трансформаторы + Большая надёжность
+ Высокий КПД
+ Большие мощности
— Большие габариты при малых частотах
— Невозможность преобразования постоянного тока
1930—1970-е
В настоящее время практически не используются
Ионные приборы — Хрупкость корпусов (стекло)
— Длительное время подготовки к работе
1960-е
Используются в настоящее время
Полупроводниковые диоды, тиристоры

и транзисторы

+ Компактность
+ Бесшумность
+ Лёгкость и гибкость управления
— Потери мощности в ключах
— Искажения и помехи в сетях

Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.
Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери — меньше, а качество преобразования энергии — гораздо выше.

Функции преобразователей

  • Преобразование
  • Преобразование и регулирование
  • Преобразование и стабилизация

Классификация

По характеру преобразования

 

 

 

 

 

Преобразователи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выпрямители
≈→=

 

Инверторы
=→≈

 

Преобразователи частоты и числа фаз
≈→≈
Напряжения
=→= ≈→≈

 

 

 

Выпрямители

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. [1]

Инверторы

Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.

Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.

Зависимые инверторы

Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.[2]

Автономные инверторы

Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.[3]

В свою очередь автономные инверторы подразделяются на:

Преобразователи частоты
Импульсные преобразователи напряжения

По способу управления

  1. Импульсные (на постоянном токе)
  2. Фазовые (на переменном токе)

По типу схем

  • Нулевые, мостовые
  • Трансформаторные, бестрансформаторные
  • Однофазные, двухфазные, трёхфазные…

По способу управления

  • Управляемые
  • Неуправляемые

Примечания

  1. С. Ю. Забродин Глава 5 Маломощные выпрямители постоянного тока, §5.1 Общие свединия // Промышленная электроника: учебник длч вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 287. — 496 с.
  2. С. Ю. Забродин Глава 6 Ведомые сетью преобразователи средней и большой мощности, §6.1 общие сведения // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 315. — 496 с.
  3. С. Ю. Забродин Глава 8 Автономные инверторы, §8.1 Автономные инверторы и их классификация // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 438. — 496 с.

Преобразователь электрической энергии — это… Что такое Преобразователь электрической энергии?

Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко используются полупроводниковые приборы, так как они обеспечивают высокий КПД.

История развития

При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.

Период использования Компонентная база Особенности
1880-е Мотор-генератор + Чистая синусоида
+ Высокий КПД

+ Большие мощности
— Материалоёмкость
— Сложность ремонта и обслуживания
— Шум и вибрации

1880-е
Используются в настоящее время
Трансформаторы + Большая надёжность
+ Высокий КПД
+ Большие мощности
— Большие габариты при малых частотах
— Невозможность преобразования постоянного тока
1930—1970-е
В настоящее время практически не используются
Ионные приборы — Хрупкость корпусов (стекло)
— Длительное время подготовки к работе
1960-е
Используются в настоящее время
Полупроводниковые диоды, тиристоры

и транзисторы

+ Компактность
+ Бесшумность
+ Лёгкость и гибкость управления
— Потери мощности в ключах
— Искажения и помехи в сетях

Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других.
Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери — меньше, а качество преобразования энергии — гораздо выше.

Функции преобразователей

  • Преобразование
  • Преобразование и регулирование
  • Преобразование и стабилизация

Классификация

По характеру преобразования

 

 

 

 

 

Преобразователи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выпрямители
≈→=

 

Инверторы
=→≈

 

Преобразователи частоты и числа фаз
≈→≈
Напряжения
=→= ≈→≈

 

 

 

Выпрямители

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. [1]

Инверторы

Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.

Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.

Зависимые инверторы

Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.[2]

Автономные инверторы

Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.[3]

В свою очередь автономные инверторы подразделяются на:

Преобразователи частоты
Импульсные преобразователи напряжения

По способу управления

  1. Импульсные (на постоянном токе)
  2. Фазовые (на переменном токе)

По типу схем

  • Нулевые, мостовые
  • Трансформаторные, бестрансформаторные
  • Однофазные, двухфазные, трёхфазные…

По способу управления

  • Управляемые
  • Неуправляемые

Примечания

  1. С. Ю. Забродин Глава 5 Маломощные выпрямители постоянного тока, §5.1 Общие свединия // Промышленная электроника: учебник длч вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 287. — 496 с.
  2. С. Ю. Забродин Глава 6 Ведомые сетью преобразователи средней и большой мощности, §6.1 общие сведения // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 315. — 496 с.
  3. С. Ю. Забродин Глава 8 Автономные инверторы, §8.1 Автономные инверторы и их классификация // Промышленная электроника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — С. 438. — 496 с.

Преобразователи электроэнергии: классификация, типы

Поступающая по линиям электропередач энергия не всегда используется в чистом виде. Для выполнения специфических задач она преобразуется электротехническими устройствами, изменяющими один или несколько параметров – вид напряжения, частоту и другие.

Преобразователи электроэнергии: классификация

Эти устройства классифицируются по нескольким признакам:

  1. Виду преобразований.
  2. Типу конструкции.
  3. Управляемости.

Параметры, которые изменяются

Преобразованию подвергаются следующие параметры:

  1. Тип напряжения – из переменного в постоянное и наоборот.
  2. Амплитудные значения тока и напряжения.
  3. Частота.

Типы конструкций

Эти устройства подразделяются на электромашинные и полупроводниковые.

Электромашинные (вращательные) состоят из двух машин, одна – привод, а другая – исполнительное устройство. Например, для превращения переменного тока в постоянный используется асинхронный двигатель переменного тока (привод) и генератор постоянного (исполнитель). Их недостаток – большие габариты и масса. Кроме того, суммарный КПД технологической связки ниже, чем у одиночной электрической машины.

Полупроводниковые (статические) преобразователи, строятся на основе электротехнических схем, состоящих из полупроводниковых или ламповых элементов. Их КПД выше, размеры и масса небольшие, но качество электроэнергии на выходе невысокое.

Управляемые и неуправляемые

Если величина изменения параметра электрической энергии фиксированная, то используется неуправляемый преобразователь. Такие устройства применяются в первых каскадах блоков питания. Пример – силовой трансформатор, понижающий сетевое напряжение с 220 до 12 вольт.

Преобразователи с изменяемыми параметрами являются исполнительными устройствами в управляемых электротехнических цепях. Например, изменяя частоту питающего напряжения, регулируют частоту вращения асинхронных двигателей.

Преобразователи электроэнергии: примеры устройств

Преобразователи могут выполнять либо какую-то одну функцию, либо несколько.

Изменение типа напряжения

Те устройства, которые превращают переменный ток в постоянный называются выпрямителями. Действующие наоборот – инверторами.

Если это электромашинное устройство, то выпрямитель состоит из асинхронного двигателя переменного тока, вращающего ротор генератора постоянного. Входные и выходные линии электрического контакта не имеют.

Наиболее распространенных тип схемы статического выпрямителя – диодный мост. В нем четыре элемента (диода) с односторонней проводимостью, включенные встречно. После него обязательно ставят электролитический конденсатор, который сглаживает пульсирующее напряжение.

Существует гибридная конструкция, объединяющая электромашинный и статический выпрямители. Это автомобильный генератор, являющийся машиной переменного тока, статорные обмотки которого подключены к выпрямительному мосту с конденсатором.

Инверторные схемы применяются для запуска генератора незатухающих колебаний (мультивибратор), построенного на тиристорах или транзисторах. Они являются основой преобразователей частоты.

Изменение амплитудных значений

Это все виды трансформаторов – понижающих, повышающих, балластных.

Управляемые трансформаторы называются реостатами. Если они включаются параллельно источнику электроэнергии, то изменяют напряжение. Последовательно – ток.

Для поглощения тепла, выделяющегося при работе мощных высоковольтных сетевых трансформаторов, применяются системы жидкостного (масляного) охлаждения.

Изменение частоты

Частотные преобразователи бывают как электромашинными (вращательными), так и статическими.

Исполнительным механизмом вращательных преобразователей частоты является высокочастотный асинхронный трехфазный генератор. Его ротор вращает электромотор постоянного или переменного тока. Как и у выпрямителя вращательного типа, входные и выходные линии у него не имеют электрического контакта.

Инверторные схемы, используемые в преобразователях частоты статического типа, бывают управляемые и неуправляемые. Повышение частоты позволяет уменьшить габариты устройств. Трансформатор с рабочей частотой в 400 Гц в восемь раз меньше, чем работающий от 50 Гц. Это свойство используется для построения компактных сварочных инверторов.

Частота колебаний в инверторных схемах при необходимости легко увеличивается и уменьшается. Это дает возможность управлять асинхронными двигателями, изменяя частоту вращения или его направление.

Оцените качество статьи:

Преобразователь электрической энергии — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ведущей научно-исследовательской организацией по разработке новых типов преобразователей электрической энергии является Всесоюзный электротехнический институт имени Ленина (ВЭИ). В четвертой пятилетке в ВЭИ была разработана конструкция цельнометаллического запаянного ртутного выпрямителя с воздушным охлаждением, а в 1957 г. создана серия цельнометаллических запаянных игнитронов как с воздушным, так и с водяным охлаждением.  [c.105]
Искровой канал в твердом теле выступает как преобразователь электрической энергии во внутреннюю энергию продуктов канала, переходящую далее в работу по его расширению, в энергию поля механических напряжений и деформаций, в энергию вновь образованной поверхности диэлектрика. Исследование этих процессов имеет большое значение для разработки ЭИ, так как с результатами этих исследований связана возможность решения задачи разработки метода расчета конечных показателей разрушения и обоснования оптимальных режимов реализации процесса.  [c.42]

В качестве преобразователей электрической энергии применяются однофазные и трехфазные преобразователи, выпрямители и трансформаторы.[c.226]

Преобразователи электрической энергии  [c.231]

Преобразователь электрической энергии 231—232 Приборы гироскопические j 239—240 Приемистость ГТД 64, 215—216  [c.386]

В кислороде напряженность поля дуги ниже, чем в азоте, поэтому он как газ-преобразователь электрической энергии в тепловую менее эффективен. Однако вследствие активного протекания термохимических реакций при взаимодействии кислородной плазмы с металлом в процессе резки с использованием кислорода обеспечивается более высокая производительность резки (не только углеродистых, но и легированных сталей) при применении азота или воздуха. Кислород окисляет не только разрезаемый металл, он снижает стойкость катода и сопла по сравнению со стойкостью их на воздухе. Наибольший износ или разрушение этих деталей происходит в момент возникновения двойной дуги. Процесс плазменной резки с применением кислорода менее надежный и устойчивый, чем с применением воздуха.[c.46]

Работают все световые приборы по одному принципу — они являются преобразователями электрической энергии источника питания в лучистую энергию. Происходит это преобразование в лампах накаливания.  [c.201]

Преобразователями электрической энергии постоянного тока в переменный являются электромашинные однофазные и трехфазные преобразователи. Для повышения (понижения) напряжения переменного тока, используются трансформаторы. Для преобразования переменного тока в постоянный используются ламповые и полупроводниковые выпрямители.  [c.317]

Авиационные преобразователи электрической энергии  [c.332]

Преобразователь электрической энергии 332—335 Прибор контроля чистоты жидкости ультразвуковой 70 Приборы осветительные внутренние 363 (табл. 5.25)  [c.417]

В автоматических защитных устройствах, освоенных в последние годы, начали применяться тиристоры — специальный тип полупроводниковых приборов. Если неуправляемые полупроводниковые диоды являются только преобразователями переменного тока в постоянный, то тиристоры дают возможность получить широкий класс различных преобразователей электрической энергии.  [c.38]


Выбор сварочного оборудования. Наиболее распространенными в настоящее время источниками питания при ручной дуговой сварке являются сварочные трансформаторы, экономичные и дешевые. Сварочные трансформаторы следует применять там, где в соответствии с технологическим процессом можно использовать переменный ток. Однако не все сварочные работы можно выполнять на переменном токе. Поэтому, как бы ни были экономичны сварочные трансформаторы, в некоторых случаях необходимо применять источники постоянного тока, технологические преимущества которого проявляются при дуговой сварке. Наиболее распространенными источниками постоянного тока являются сварочные преобразователи, а в последнее время — сварочные выпрямители. По сравнению со сварочными преобразователями (электромеханическими) выпрямители обладают существенными преимуществами. В сварочном преобразователе электрическая энергия вначале превращается в механическую, а затем вновь в электрическую. В выпрямителе отсутствует стадия превращения электрической энергии в механическую, в нем переменный ток превращается в постоянный ток, поэтому коэффициент полезного действия выпрямителя выше, чем преобразователя. Отсутствие больших вращающихся масс, подшипников, коллектора приводит к тому, что выпрямитель  [c.251]

При применении управляемых вентилей можно создать высокоэкономичные регулируемые преобразователи электрической энергии.  [c.215]

Современная электростанция — сложное предприятие, включающее большое количество различных видов оборудования (теплосилового, электрического, электронного и др.) и громоздкие строительные конструкции. Основным оборудованием тепловых электростанций являются котельная установка (или реактор и парогенератор на АЭС), паротурбинная установка, электрический генератор и преобразователи электрической энергии (трансформаторы подстанции).[c.6]

В настоящее время освоен выпуск отечественных выпрямительных установок с регулируемым напряжением на управляемых кремниевых вентилях — тиристорах. Управляемые вентили позволяют создать высокоэкономичные регулируемые преобразователи электрической энергии.  [c.104]

Столб сжатой дуги можно рассматривать как преобразователь электрической энергии в тепловую, которая используется для изменения фазового состояния нагреваемого тела, т. е. превращения твердого металла в жидкий.  [c.96]

Подводимая к сварочной дуге электрическая энергия частично расходуется на протекающие в дуге процессы, частично передается окружающей среде путем конвективной и радиационной теплоотдачи и светового излучения. Поскольку доля нетепловых видов энергии в энергетическом балансе дуги сравнительно невелика, дугу по праву считают преобразователем электрической энергии в тепловую. Тепловую мощность дуги можно считать пропорциональной тепловому эквиваленту электрической энергии  [c. 35]

В тех электрических транспортных средствах, где преобразователем электрической энергии в механическую служит электродвигатель, приведенное соотношение имеет вид  [c.25]

В гл. 2 и 3 излагаются сведения по силовым кремниевым вентилям — диодам и тиристорам указаны типы, параметры, характеристики, конструкция современных вентилей изложены вопросы, граничные между вентилями как физическими приборами и преобразователями электрической энергии.  [c.6]

Для обеспечения соответствия качества электроэнергии требованиям потребителя между источником электроэнергии и потребителем включаются преобразователи электрической энергии. Практически возникает необходимость в следующих видах преобразования.  [c.9]

Соответствующие виды преобразователей электрической энергии называют выпрямителями, инверторами, /преобразователями частоты, трансформаторами постоянного тока, преобразователями числа фаз.  [c. 9]

Состав вентильных блоков и соединения вентилей в них определяются схемами силовой части преобразователей электрической энергии. Базовыми схемами преобразования при применении кремниевых вентилей являются следующие (различаются числом фаз переменного тока, числом плеч преобразователя)  [c.10]


Тепловой режим вентилей в бесконтактной аппаратуре определяется токами короткого замыкания, а не поминальной величиной нагрузки, что приводит к необходимости иметь значительное количество параллельно соединенных вентилей в выключателе. Выполнение бесконтактной аппаратуры 1а основе твердых вентильных схем, очевидно, еще более актуально, чем преобразователей электрической энергии.  [c.21]

Применение современных интегральных схем позволяет легко и надежно реализовать модуляцию напряжений и токов преобразователей электрической энергии по любому закону. Так, например, широтно-импульсное регулирование инвертора по рис. 1-8 с синусоидальной модуляцией выходного напряжения обеспечивается компактным логическим устройством объемом около 0,001 м .  [c.43]

Кроме номинальных (паспортных) параметров, имеет важное практическое значение ряд параметров и ха рактеристик, называемых проектными (эксплуатационными) [Л. 19 и 20] они необходимы для грамотного проектирования и эксплуатации преобразователей электрической энергии использование этих характеристик позволяет, с одной стороны, обеспечить надежную работу вентилей в различных электротехнических устройствах, а с другой стороны, исключить ненужные запасы, обеспечить использование мощности вентилей, К проектным характеристикам относятся значения допустимого прямого тока в кратковременных режимах, характеристики пере-  [c.52]

Создание новых типов преобразователей электрической энергии, работающих в специфичных условиях эксплуатации, вызывает необходимость в специальных модификациях силовых кремниевых вентилей.[c.88]

В преобразователях электрической энергии находят применение радиаторы различных конструктивных исполнений,  [c.107]

Конструктивное оформление таких вентильных блоков обеспечивает возможность быстрого их монтажа и демонтажа в преобразователе электрической энергии. В качестве примера унифицированных вентильных блоков на рис. 5-5 показаны блоки, выпускаемые фирмой АВО на вентилях до ЮО а, а на р ис. 5-6 — вентильный блок этой же фирмы с более мощными вентилями.  [c.126]

Электронными и полупроводниковыми устройствами обычно называют устройства, действие которых основано на использованни в них электронных или полупроводниковых приборов. Эти виды устройств являются преобразователями электрической энергии одного вида или какой-либо другой энергии в электрическую энергию другого вида. В зависимости от вида энергии на входе и выходе этих устройств различают  [c.165]

Испытательное оборудование и аппаратура. Усталостные испытания жаропрочных материалов и исследование влияния качества поверхностного слоя на выносливость деталей в условиях, приближающихся к эксплуатационным, проводили в лаборатории вибропрочности МАИ на машинах с электрическими методами возбуждения переменных нагрузок. Эти машины по типу преобразователя электрической энергии в энергию механических колебаний подразделяются на машины с электродинамической и магнйто-стрикционной системой возбуждения.  [c.173]

Кабельной продукцией или кабельными изделиями называются любые виды изолированных или неизолированных проводников, предназначенных для передачи электрической энергии, или информации, или используемых в тех или иных преобразователях электрической энергии, или в радиоэлектронных устройствах. К кабельным изделиям относятся неизолированные и изолированные провода, шины и ленты, кабели с металлическими токопроводящими жилами и оптические кабели с жилами, представляющими собой светопроводящие волокна.  [c. 3]

Процессы, происходящие в ограниченной рабочей зоне — эрозионном проме.жу1ке, имеют общий источник энергии — электрический разряд, являющийся вь Сококонцентрированным преобразователем электрической энергии в тепловую с объемной плотностью до 3 10 Дж/см и мопщостью до 400…600 кВт/мм .  [c.208]

Для возбуждения и приема упругих колебаний применяют преобразователи, п Я1нцип работы которых основан на различных физических явлениях (магнитострикция, пьезоэффект и т. д.). В современных серийно выпускаемых приборах ультразвукового контроля в качестве преобразователя электрической энергии в механическую и обратно применяют искусственный материал — пьезокерамику. Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) способны возбуждать частоты в диапазоне от 0,1 до десятков мегагерц. Пьезокерамика позволяет изготовлять ПЭП самой различной формы диски, прямоугольники, сферы, цилиндры, по форме изделия и т. д.  [c.205]

Из схемы процесса (рис. 28.1, б) видно, что дуга и источник питания образуют взаимосвязанную энергетическую систему. В этой системе дуга является основным потребителем и преобразователем электрической энергии в тепловую. Ее тепловую мощность (в Дж/с) южнo рассчитать по формуле  [c.255]

Тепловые процессы в электродах. Электрическая дуга в условиях электроимпульсной обработки является высококонцентрированным преобразователем электрической энергии в тепловую. Действительно, объемная концентрация мощности в этом преобразователе достигает 300 квт1мм , а энергия — до 30 ООО дж/мм . Так как в основе процесса съема лежат тепловые воздействия на обрабатываемую заготовку, следует ожидать, что скорость съема металла с нее и эрозионная стойкость инструмента (или, другими словами, интенсивность полезного съема металла с одного электрода и вредного — с другого), характер механизма эвакуации, удельный расход энергии и выходные технологические характеристики зависят от теплофизических параметров процесса (теплопроводности, теплоемкости, температуры и теплоты плавления и испарения, удельного веса и удельного электросопротивления материалов электродов, вида среды, в которой размещены электроды, и ее физико-механических характеристик), а также от продолжительности, амплитуды, скважности и частоты импульсов, зазора между электродами, условий эвакуации продуктов эрозии и ряда других факторов.[c.43]


Под системой управления электроприводом дальнейшем будем подразумевать комплекс, состоящий из преобразователя электрической энергии (если таковой имеется), аппаратуры управления для коммутации тока в цепи электродвигателя, органа ручного управлошя или автоматического (программного) контроля, органа скоростного, путевого или иного контроля, а такиче элементов защиты электрооборудования к механизма, действующих в конечном счете на устройства отключения электропривода.  [c.13]

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) — это преобразователи электрической энергии, получающие ее от источников первичного электропитания и преобразующие энергию по роду тока, частоте и значениям тока и напряжения (при необходимости регулируя и стабилизируя их). В таких источниках род энергии (электрической) остается неизменным.  [c.10]

Учитьшая реальные характеристики перспективных бортовых энергоустановок, в первую очередь турбомашинных преобразователей электрической энергии, представляется интересным рассмотреть возможности работы ДАД на переменном токе. Такие возможности в принципе существуют, поскольку промежуток электрод—плазма обладает вентилЬ ными свойствами.  [c.148]

С целью повышения эффективности изделий силовой полупроводниковой техники в последнее время в отечественной и зарубежной практике проводятся работы по унификации и типизации отдельных узлов агрегатов, в том числе вентильных блоков. Широкая унификация вентильных блоков не только позволяет значительно сократить сроки разработки и освоения в производстве новых преобразователей электрической энергии и бесконтактной аппаратуры, но и обеспечивает быструю замену вышедших из строя элементов путем замены всего унифицированного блока, что особенно важно при эксплуатации преобразовательных агрегатов в условиях, требующих непрерывной работы, исключающих длительные перерывы. К таким агрегатам относятся, например, иреобра-  [c.125]


Каталог преобразователей и источников питания

Преобразователь напряжения «КУЛОН»

Представляет собой статический преобразователь электрического тока трехфазной питающей сети в постоянный электрический ток нагрузки для гальваники

Преобразователи частоты 400 Гц (Аэродромный преобразователь частоты АПЧ-ТТП)

Преобразователь АПЧ-ТТПТ представляет собой статический источник электропитания (конвертер), преобразующий электрический ток из трехфазной питающей сети частотой 50 Гц в трехфазный электрический ток частотой 400 Гц

Комплектный тиристорный электропривод КТЭМ

Комплектный тиристорный электропривод постоянного тока КТЭМ представляет собой статический преобразователь переменного тока в выпрямленный ток двигателя постоянного тока

Преобразователь напряжения – ультразвуковой генератор «Резонанс»

Генератор напряжения ПНУ-ТОП преобразует электрическую энергию промышленной частоты в электрическую энергию звуковой частоты.

Источник напряжения ВА-ТПП

Источник напряжения ВА-ТПП представляет собой статический преобразователь электрического тока трехфазной питающей сети в постоянный электрический ток нагрузки (аэродромный источник постоянного напряжения 28,5 В)

Преобразователи напряжения для пассажирских вагонов «Синус»

Преобразователи напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока 220 В, 50 Гц синусоидальной формы.

Преобразователь выпрямительно-инверторный КВИП (Асинхронно-вентильный каскад)

Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь КВИП предназначен работы в составе электропривода переменного тока, выполненного по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК)

Преобразователь напряжения ПН-ТППТ (ТПЕТ)

Преобразователь напряжения представляет собой статический преобразователь электрического тока трехфазной питающей сети в постоянный электрический ток нагрузки

Возбудитель синхронного двигателя ВСД

Возбудители ВСД предназначены для питания обмоток возбуждения синхронных двигателей

Устройство плавного пуска асинхронных двигателей с фазным ротором

Устройство плавного пуска УПП АДФР представляет собой статический преобразователь электрического тока ротора асинхронного двигателя

Устройство плавного пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Cтатический преобразователь электрического тока трехфазной питающей сети в трехфазный ток управления процессом пуска (разгона) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Что такое преобразователь напряжения?

Преобразователь напряжения — это электронное устройство, используемое для изменения напряжения электрического тока. В сочетании с дополнительными схемами или электронными компонентами преобразователь иногда используется в качестве источника питания. По определению термин преобразователь напряжения включает в себя регуляторы напряжения и устройства инвертора напряжения.

При использовании в качестве преобразователя сетевого напряжения эти устройства контролируют пропускную способность электрического тока и преобразуют его в полезные диапазоны мощности для различных устройств. Этот тип преобразователя использует питание от сети, которое всегда является переменным током (AC). Иногда называемый домашним током, электрическая сеть — это глобальный термин для электрического тока, подаваемого однофазной цепью переменного тока. В зависимости от географического положения местный сетевой источник питания может выдавать напряжение 210-240 В переменного тока (VAC) или 100-120 В переменного тока. С этим изменением в подаваемом напряжении проблемы электробезопасности и правильная работа оборудования делают необходимым регулирование напряжения.

Типичные примеры использования этого типа преобразователя напряжения можно найти в лабораторных источниках питания и электрических трансформаторных системах. Такие устройства способны передавать как переменный, так и постоянный ток. В случае лабораторных источников питания преобразователь представляет собой усовершенствованный регулятор напряжения. Эти устройства иногда используются для доставки нескольких различных измерений напряжения и обоих типов электрического тока от одного устройства. Электрические трансформаторные системы, как правило, ограничены более узким выходным напряжением с очень малой дисперсией.

Этот тип устройства преобразования также распространен среди путешественников. Поскольку в разных регионах мира используются различные источники электропитания, могут потребоваться преобразовательные устройства для запуска электронных устройств из другой области. Устройство, называемое путевым преобразователем, использует автотрансформатор для изменения напряжения питания от сети или вверх или вниз, чтобы соответствовать требованиям электронного оборудования путешественника.

В некоторых случаях мобильный преобразователь используется для регулирования потока электрического тока постоянного тока. Это регулирование требует специальной схемы для повышения или понижения напряжения в диапазоне постоянного тока. Преобразователь напряжения этого типа может использоваться для питания ряда электронных устройств постоянного тока от электронной системы 12 В постоянного тока (VDC). Общие приложения включают зарядные устройства для мобильных телефонов и шнуры питания mp3-плеера

Инверторы напряжения являются еще одним применением преобразователя напряжения, в котором электрический ток постоянного тока преобразуется в электрический ток переменного тока. Инвертор используется в автомобилях и других транспортных средствах с электрической системой 12 В постоянного тока. Инвертор напряжения использует специальную схему для преобразования 12 В постоянного тока в полезную копию сетевого источника питания. Эти мобильные системы, как правило, не предназначены для постоянного использования устройствами большой мощности. Однако инвертор напряжения может создавать постоянное напряжение для устройств переменного тока с низким энергопотреблением, таких как ноутбуки или другие электронные устройства.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ
Конвертер электрического тока

• Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

Конвертер длины и расстояния

Конвертер массы Конвертер сухого объема и общих измерений при приготовлении пищи Конвертер площади Конвертер объема и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь силыПреобразователь силыПреобразователь времениЛинейный конвертер скорости и скоростиПреобразователь угла Конвертер КПД, расхода топлива и экономичности Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на единицу объема) Конвертер температуры Inte Конвертер rvalКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиКонвертер плотности тепла, плотности пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаПреобразователь массового потока Конвертер плотности молярной концентрацииПреобразователь плотности и вязкости КонвертерПреобразователь проницаемости, проницаемости, паропроницаемости Конвертер влажности и скорости передачи паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемКонвертер яркости ) в преобразователь увеличения (X) Конвертер зарядаЛинейный преобразователь плотности зарядаПоверхностный преобразователь плотности зарядаПреобразователь объёмной плотности зарядаПреобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь удельной электрической проводимости в дБПреобразователь удельной электрической проводимости в дБ Конвертер магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объёма древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

Чесменское сражение Ивана Айвазовского

Мы обязаны комфортом нашей повседневной жизни электрическому току. Он генерирует излучение в видимом спектре и не только освещает наши дома, но также готовит и разогревает пищу в различных электроприборах, таких как электрические плиты, микроволновые печи и тостеры.Поскольку у нас есть электричество, нам не нужно добывать топливо, чтобы зажечь огонь. Благодаря электричеству мы также можем быстро перемещаться по горизонтальной плоскости в поездах, поездах метро и высокоскоростных поездах, а также по вертикальным плоскостям на эскалаторах и лифтах. Мы обязаны теплом и комфортом в наших домах электрическому току, потому что он питает наши электрические обогреватели, кондиционеры и вентиляторы. Различные машины с электрическим приводом значительно упрощают нашу работу как в повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.Действительно, мы живем в эпоху электричества, потому что именно электричество позволяет нам использовать наши компьютеры, смартфоны, Интернет, телевидение и другие интеллектуальные электронные технологии. Учитывая, насколько удобно использовать электричество как форму энергии, неудивительно, что мы тратим столько усилий на ее выработку.

Может показаться необычным, но идея практического использования электричества впервые была воспринята некоторыми из наиболее консервативных членов общества — военно-морскими офицерами. В этом элитарном обществе было трудно продвигаться по лестнице, и столь же трудно было убедить адмиралов, которые начинали юнгой в эпоху парусного спорта, в необходимости перехода на бронированные боевые корабли с паровыми двигателями, но молодые офицеры предпочитали и поддерживали инновации.Благодаря успеху использования огневых кораблей во время русско-турецкой войны 1770 года, которая привела к победе в Чесменской битве, военно-морской флот начал рассматривать возможность модернизации систем защиты порта за счет использования старой береговой артиллерии в сочетании с военно-морскими минами, которые были новаторскими в то время.

Корабельная радиостанция, ок. 1910. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка различных типов морских мин началась в начале XIX века, и наиболее успешные разработки включали автономные мины, активируемые электричеством.В 1870-х годах немецкий физик Генрих Герц разработал устройство для подрыва поставленных на якорь мин с помощью электричества. Одна из разновидностей этого устройства — морская рогатая мина — широко известна и часто появляется в исторических фильмах о войне. Его свинцовый «рог» имеет емкость с электролитом, который разрушается при контакте с корпусом корабля. Электролит питает простую батарею, которая, в свою очередь, подрывает мину.

Радиостанция Hudson’s Bay Company, ок. 1937. Канадский музей науки и техники, Оттава

Морские офицеры были одними из первых, кто оценил потенциал свечей Яблочкова, которые были первыми источниками электрического света.Они были далеки от совершенства, но излучали свет от электрической дуги и раскаленного добела положительного электрода, сделанного из угля. Они использовались для сигнализации поля боя и для освещения поля боя. Использование мощных прожекторов давало преимущество стороне, использовавшей их, для освещения поля боя в ночных боях или для передачи информации и координации действий различных военно-морских частей во время морских сражений. Прожекторы, используемые в маяках, улучшили навигацию в опасных прибрежных водах.

Вакуумная лампа, ок. 1921. Канадский музей науки и техники, Оттава

Неудивительно, что военно-морской флот также был взволнован адаптацией технологий, позволяющих беспроводную передачу информации. Большой размер первых передающих устройств не был проблемой для военно-морского флота, потому что на их кораблях было достаточно места для размещения этих удобных, но порой больших машин.

Электрическое оборудование использовалось для упрощения заряжания пушек на борту кораблей, в то время как силовые электрические механизмы использовались для вращения пушечных турелей и повышения точности и эффективности пушек. Телеграф машинного приказа позволял экипажу общаться и повышал его эффективность, что давало значительное преимущество в бою.

Одним из самых ужасающих способов использования электрического тока в военно-морском сражении было использование Третьим рейхом подводных лодок-рейдеров. Подводные лодки Гитлера, действовавшие по тактике «Волчьей стаи», потопили многие транспортные конвои союзников. Известная история Convoy PQ 17 — один из примеров.

Drummondville Радиопередатчик, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британский флот смог получить несколько машин Enigma, используемых немцами для кодирования сообщений, и им удалось взломать их код с помощью Алана Тьюринга, известного как отец современные вычисления.Союзники перехватили радиосвязь немецкого адмирала Карла Дёница, и с этой информацией смогли использовать прибрежные военно-воздушные силы, чтобы загнать в угол Волчью стаю и отбросить ее к берегам Норвегии, Германии и Дании. Благодаря этому с 1943 года рейды ограничились короткими.

Беспроводной телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал добавить к своим подводным лодкам ракеты Фау-2, чтобы их можно было использовать для атаки на восточное побережье США.Однако быстрое продвижение союзников на Западном и Восточном фронтах помешало ему сделать это.

Современный флот сложно представить без авианосцев и атомных подводных лодок. Они питаются от ядерных реакторов, которые сочетают в себе технологии 19 века на основе пара, технологии 20 века на основе электричества и ядерные технологии 21 века. Энергетические системы атомных подводных лодок вырабатывают достаточно электроэнергии, чтобы удовлетворить потребности большого города в энергии.

В дополнение к использованию электричества, которое мы уже обсуждали, недавно военно-морской флот начал рассматривать другие применения электричества, такие как использование рельсотрона. Рельсотрон — это электрическая пушка, которая использует снаряды кинетической энергии, которые обладают огромным разрушительным потенциалом.

Джеймс Клерк Максвелл. Статуя Александра Стоддарта. Фото Ad Meskens / Wikimedia Commons

Немного истории

С развитием надежных источников энергии для постоянного тока (DC), таких как гальваническая батарея, созданная итальянским физиком Алессандро Вольта, многие выдающиеся ученые по всему миру начали изучать свойства электрический ток и вызываемые им физические явления, а также его практическое использование в науке и технике.«Звездный список» ученых включает Георга Ома, который вывел закон Ома для описания поведения электрического тока в основной электрической цепи; немецкий физик Густав Кирхгоф, разработавший расчеты для более сложных электрических цепей; и французский физик Андре Мари Ампер, открывший закон, описывающий свойства замкнутого контура, на который действует магнитное поле и через него проходит электрический ток. Этот закон известен теперь как круговой закон Ампера. Независимая работа английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и русского ученого Генриха Ленца завершилась открытием закона джоулева нагрева, который количественно определяет тепловой эффект электрического тока.

Хендрик Антун Лоренц, картина Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925) в 1916 году.

Работы Джеймса Клерка Максвелла были посвящены дальнейшему исследованию свойств электрического тока и заложили основу современной электродинамики. Теперь эти работы известны как уравнения Максвелла. Максвелл также разработал теорию электромагнитного излучения и предсказал многие явления, такие как электромагнитные волны, радиационное давление и другие. Позже существование электромагнитных волн было экспериментально доказано немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем.Его работы по отражению, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн были использованы при изобретении радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Несколько экспериментальных работ французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара о проявлении магнетизма в присутствии электрического тока, обобщенных в законе Био – Савара, и исследованиях блестящего французского математика Пьера-Симона Лапласа, который обобщил приведенные выше экспериментальные результаты как математическую абстракцию, впервые установил связь между двумя сторонами одного явления и положил начало изучению электромагнетизма. Гениальный британский физик Майкл Фарадей продолжил их работу и открыл электромагнитную индукцию. Современная электротехника построена на работах Фарадея.

Физик из Нидерландов Хендрик Лоренц внес ценный вклад в объяснение природы электрического тока. Он разработал классическую теорию электронов и предположил, что атомы состоят из более мелких заряженных частиц и что свет является результатом колебаний этих частиц. Он также вывел уравнение для описания силы, действующей на движущийся заряд изнутри электромагнитного поля.Эта сила известна как сила Лоренца.

Определение электрического тока

Электрический ток можно определить как упорядоченное движение заряженных частиц. Учитывая это определение, электрический ток измеряется количеством заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за заданную единицу времени.

I = q / t , где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, а I — электрический ток в амперах.

Другое определение электрического тока зависит от свойств проводников и описывается законом Ома:

I = V / R , где V — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах. , I — ток в амперах.

Электрический ток измеряется в амперах (A) и единицах, производных от них, таких как наноампер (одна миллиардная часть ампера, нА), микроампер (одна миллионная часть ампера, мкА), миллиампер (тысячная часть ампера, мА). ), килоампер (тысяча ампер, кА) и мегаампер (миллион ампер, МА).

В СИ единицей измерения электрического тока является

[А] = [C] / [s]

Поведение электрического тока в различных средах

Алюминий является очень хорошим проводником и широко используется в электропроводке.

Электрический ток в твердых материалах, включая металлы, полупроводники и диэлектрики

При рассмотрении электрического тока мы должны учитывать среду, которая его переносит, в частности, заряженные частицы, присутствующие в материале или веществе в текущем состоянии. Этот материал или вещество может быть твердым, жидким или газообразным. Уникальным примером различных состояний вещества является монооксид дигидрогена или оксид водорода, известный нам просто как вода. Мы можем увидеть его твердым, если посмотрим на лед из морозильной камеры, который мы сделали для охлаждения напитков — большинство из них основаны на воде. С другой стороны, при приготовлении чая или растворимого кофе мы используем кипяток. Если бы мы подождали, пока вода закипит, прежде чем налить ее в чайник, мы бы увидели «туман», выходящий из носика чайника — этот туман состоит из капель воды, образовавшихся из газообразного состояния воды (пара), которое выходит из носика и контактирует с холодным воздухом.

Существует еще одно состояние вещества, известное как плазма. Низкотемпературная плазма составляет верхние слои звезд, ионосферу Земли, пламя, электрическую дугу и вещество внутри люминесцентных ламп, и это лишь несколько примеров. Трудно воссоздать высокотемпературную плазму в лаборатории, поскольку для этого требуются чрезвычайно высокие температуры, превышающие 1 000 000 К.

Эти высоковольтные автоматические выключатели содержат два основных компонента: размыкающие контакты и изолятор, соединяющий два провода вместе.

По своей структуре твердые материалы можно разделить на кристаллические и аморфные. Первые имеют структурированную кристаллическую решетку. Атомы и молекулы такого вещества образуют двух- или трехмерные кристаллические решетки. Кристаллические твердые тела включают металлы, их сплавы и полупроводники. Мы можем легко визуализировать кристаллические твердые тела, представляя снежинки, которые представляют собой кристаллы уникальной формы. Аморфные вещества не имеют кристаллической решетки. Диэлектрики обычно аморфны.

В нормальных условиях электрический ток течет через твердые тела благодаря движению свободных электронов, которые становятся несвязанными в результате отрыва валентных электронов от атома. Мы также можем разделить твердые тела в зависимости от характера потока электричества внутри них на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов определяются на основе дискретной электронной зонной структуры. Это зависит от ширины запрещенной зоны, в которой нет электронов.Изоляторы имеют самую широкую запрещенную зону, которая иногда может достигать 15 эВ. Изоляторы и полупроводники не имеют электронов в проводящем промежутке при температуре абсолютного нуля, но при комнатной температуре будут некоторые электроны, которые были удалены из валентных зон из-за тепловой энергии. В проводниках, таких как металлы, зона проводимости перекрывается с валентными зонами. Вот почему даже при абсолютном нуле существует большое количество электронов, и это все еще верно, когда температура повышается до точки плавления.Эти электроны позволяют электрическому току проходить через материал. Полупроводники имеют небольшую ширину запрещенной зоны, и их способность проводить электричество во многом зависит от температуры, излучения и других факторов, таких как присутствие примесей.

Трансформатор с ламинированным сердечником. По бокам хорошо видны двутавровые и Е-образные стальные листы.

Сверхпроводники создают особые условия для электрического тока. Это материалы с нулевым сопротивлением прохождению электрического тока.Электроны проводимости этих материалов образуют группы частиц, которые связаны друг с другом за счет квантовых эффектов.

Как следует из названия, изоляторы плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания электрического тока между проводящими поверхностями из разных материалов.

В дополнение к электрическому току, протекающему по проводникам, когда магнитное поле постоянное, когда магнитное поле переменное, его изменения вызывают явление, известное как вихревые токи, которые также называются токами Фуко.Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем сильнее вихревые токи. Они не текут по определенному маршруту, но вместо этого они текут в замкнутых контурах в проводнике.

Вихревые токи вызывают скин-эффект, который представляет собой тенденцию протекания переменного электрического тока (AC) и магнитного потока в основном вдоль поверхностного слоя проводника, что приводит к потере энергии. Чтобы уменьшить эти потери на вихревые токи в сердечниках трансформаторов, их магнитные цепи разделены. Это делается путем наложения слоев тонких стальных изолированных пластин, которые образуют сердечник трансформатора.

Хромированная пластиковая лейка для душа

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости могут в определенной степени проводить электрический ток при приложении к ним электрического напряжения. Жидкости, проводящие электрический ток, называются электролитами. Электрический ток переносится положительно и отрицательно заряженными ионами, известными соответственно как катионы и анионы, которые присутствуют в жидкости из-за электролитической диссоциации. В электролитах ток течет из-за движения ионов по сравнению с током, возникающим из-за движения электронов в металлах.Этот ток в электролитах характеризуется перемещением вещества к электродам и образованием новых химических элементов вокруг электродов или отложением этих новых веществ на электроде.

Это явление легло в основу электрохимии и позволяет количественно определять эквивалентный вес различных химических веществ. Это позволило превратить неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать химические источники энергии в виде первичных (или одноразовых) и аккумуляторных батарей и топливных элементов.Это, в свою очередь, позволило совершить скачок в развитии технологий. Просто заглянув под капот вашего автомобиля и исследуя автомобильный аккумулятор, вы сможете увидеть результаты десятилетий работы исследователей и инженеров.

Автомобильный аккумулятор, установленный в 2012 году Honda Civic

Многие производственные процессы, зависящие от протекания электрического тока в электролитах, могут придать привлекательный вид конечному продукту (например, хромовое и никелевое гальваническое покрытие) и защитить объекты от коррозии.Электроосаждение и электротравление — фундаментальные процессы в современной электротехнике при создании различных электронных компонентов. Эти процессы очень часто используются, например, в микропроизводстве, и количество электронных компонентов, производимых с использованием этих технологий, достигает десятков миллиардов в год.

Электрический ток в газах

Поток электрического тока в газах зависит от количества в нем свободных электронов и ионов. Из-за большего расстояния между частицами газа по сравнению с жидкостями и твердыми телами молекулы и ионы в газах обычно проходят большие расстояния, прежде чем столкнуться.Из-за этого протекание электричества в газах в нормальных условиях затруднено. То же верно и для смесей газов. Примером смеси газов является воздух, который в электротехнике считается хорошим изолятором. В обычных условиях многие другие смеси газов также являются хорошими изоляторами.

Неоновая лампа для проверки отвертки показывает, что присутствует напряжение 220 В.

Поток электричества в газах зависит от различных физических факторов, таких как давление, температура и компоненты, составляющие эту смесь. Кроме того, ионизирующее излучение тоже играет роль. Например, газ может проводить электричество, если его облучают ультрафиолетовым или рентгеновским излучением, если на него воздействуют катодные или анодные частицы или частицы, испускаемые радиоактивным веществом, или даже если температура этого газа высока.

Когда энергия поглощается электрически нейтральными атомами или молекулами газа и когда образуются ионы, этот эндотермический процесс называется ионизацией. Когда энергия достигает определенного порога, электрон или группа электронов преодолевают потенциальный барьер и покидают атом или молекулу, становясь, таким образом, свободными электронами.Атом или молекула, которую оставили электроны, тоже больше не нейтральны, они заряжены положительно. Свободные электроны могут присоединяться к нейтрально заряженным атомам или молекулам и образовывать отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут забирать обратно отрицательно заряженные электроны при столкновении с ними и, таким образом, снова становиться нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Когда электрический ток проходит через газ, его состояние изменяется. Это приводит к сложной зависимости между электрическим током и напряжением, которая более или менее регулируется законом Ома, но только при малых электрических токах.

Электрические разряды в газах могут быть как несамостоятельными, так и самоподдерживающимися. Несамостоятельные разряды создают электрический ток, который возможен только при наличии внешних ионизирующих факторов. Когда они отсутствуют, электрический ток через газ не течет. С другой стороны, во время самоподдерживающихся разрядов электрический ток поддерживается за счет ионизации нейтральных атомов и молекул в газе, которые были ускорены электрическим полем при столкновении со свободными электронами и ионами.В этих условиях электрический ток возможен даже без внешних ионизирующих факторов.

Вольт-амперные характеристики бесшумного разряда

Когда разность потенциалов между анодом и катодом мала, несамостоятельный разряд называют тихим или таунсендовским. С увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Сначала это увеличение пропорционально напряжению (участок OA на вольт-амперной характеристике бесшумного разряда), но постепенно скорость нарастания замедляется (участок AB на графике).Когда все оторвавшиеся частицы, которые высвободились в результате процесса ионизации, движутся к катоду и аноду одновременно, увеличения тока не происходит (участок BC на графике). Если напряжение снова увеличивается, ток также увеличивается, и бесшумный разряд становится несамостоятельным лавинным зарядом. Примером несамостоятельного разряда является тлеющий разряд в газоразрядных лампах высокого давления различного назначения.

Когда несамостоятельный разряд трансформируется в самостоятельный разряд, электрический ток увеличивается (точка E на кривой).Этот момент известен как электрический пробой.

Электронная фотовспышка с ксеноновой трубкой (красный прямоугольник)

Все различные типы зарядов, описанные выше, являются стационарными или установившимися разрядами. Их свойства не зависят от времени. Помимо этих разрядов, существуют также нестабильные разряды, которые обычно возникают в очень неравномерных электрических полях, например, на заостренных или искривленных поверхностях проводников или электродов. Существует два типа неравномерных разрядов: коронный разряд и искровой разряд.

Ионизация при коронном разряде не вызывает электрического пробоя. Этот разряд вызывает повторяющийся процесс запуска несамостоятельного разряда в небольшом ограниченном пространстве вокруг проводника. Хорошим примером коронного разряда является свечение в воздухе вокруг антенн, громоотводов или линий электропередач высоко над землей. Коронный разряд вокруг линий электропередачи вызывает потерю энергии. Раньше это сияние было знакомо мореплавателям — свечение вокруг мачт кораблей было известно как св.Элмо огонь. Коронный разряд используется в лазерных принтерах и копировальных аппаратах. Он генерируется устройством, создающим коронный разряд, металлической струной, к которой приложено высокое напряжение. Коронный разряд ионизирует газ, который, в свою очередь, ионизирует светочувствительный барабан. В этом случае полезен коронный разряд.

По сравнению с коронным разрядом электростатический разряд вызывает электрический пробой. Это похоже на прерывистые светлые нити, которые разветвляются и заполнены ионизированным газом. Они появляются и исчезают, производя большое количество тепла и света.Типичным примером естественного электростатического разряда является молния. Электрический ток в нем может достигать десятков килоампер. Прежде чем может произойти молния, необходимо создать нисходящую группу лидеров, известную как лидер или искра. Вместе со ступенчатым лидером он создает выстроенный строй. Молния обычно состоит из множественных электростатических разрядов в нисходящей формации лидера для разряда отрицательной молнии «облако-земля». В электронных вспышках в фотографии используется мощный электростатический разряд.Разряд здесь образуется между электродами импульсной лампы из кварцевого стекла, заполненного смесью благородных ионизированных газов.

Когда электрический разряд сохраняется в течение длительного периода времени, он называется электрической дугой. Электрическая дуга используется в дуговой сварке, которая является незаменимой технологией в современном строительстве, используется для возведения стальных конструкций различного размера и назначения, от небоскребов до авианосцев и автомобилей. Электрическая дуга используется не только для соединения материалов, но и для их резки.Разница между этими двумя процессами заключается в силе используемого тока. Сварка происходит при относительно более низких токах, в то время как для резки требуются более высокие токи электрической дуги. Само порезание происходит при удалении расплавленного металла, и для его удаления используются разные методы.

Еще одно применение электрической дуги в газах — газоразрядные лампы, которые отгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (в этих условиях обычно используются натриевые лампы).Металлогалогенные лампы, которые заменили лампы накаливания в автомобильных фарах, также используют эту технологию.

Электрический ток в вакууме

Вакуумная трубка в передающей станции. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только в том случае, если свободные носители тока, такие как электроны или ионы, генерируются посредством термоэлектронной эмиссии, фотоэлектрической эмиссии или других способами.

Подобные телекамеры использовались в 1980-х годах.Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения электрического тока в вакууме с использованием электронов является термоэлектрическая эмиссия электронов металлами. Когда электрод нагревается (он называется горячим катодом), он испускает электроны в трубку. Эти электроны вызывают прохождение электрического тока, пока присутствует другой электрод (называемый анодом), и пока между ними существует определенное напряжение требуемой полярности. Такие вакуумные лампы называются диодами и проводят электрический ток только в одном направлении. Они блокируют ток, если есть попытка заставить ток течь в обратном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) посредством процесса выпрямления. Это делается системой диодов.

Если рядом с катодом добавить дополнительный электрод, известный как сетка, мы получим устройство, называемое триодом, которое значительно усиливает даже небольшие изменения напряжения в управляющей сетке относительно катода. В результате это изменяет ток и напряжение на нагрузке, которая последовательно подключена к вакуумной лампе, относительно источника питания.Эта система, называемая усилителем, используется для усиления различных сигналов.

Использование электронных ламп с большим количеством управляющих сеток, таких как тетроды, пентоды и даже пятиэлектродные преобразователи с семью электродами, было революционным в генерации и усилении радиосигналов и позволило создать современные системы радио- и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически радио было разработано первым, потому что было относительно легко разработать методы преобразования и передачи относительно низкочастотных сигналов, а также разработать схему для приемных устройств, которые могут усиливать и смешивать радиочастоты для их преобразования. в акустический сигнал посредством процесса демодуляции.

Когда было изобретено телевидение, электронные лампы, называемые иконоскопами, использовались для испускания электронов за счет фотоэлектрического эффекта падающего на них света. Дальнейшее усиление сигнала производилось ламповым усилителем. Для просмотра захваченного и переданного изображения использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые также были вакуумными трубками. В ЭЛТ изображение создавалось на экране путем обратного преобразования сигнала. Это было сделано путем ускорения электронов до высокой скорости с помощью одной (или трех для цветного телевидения) электронных пушек в сильном электрическом поле.Поле создавалось приложением большого напряжения между катодом электронной пушки и анодом ЭЛТ. Пучки высокоскоростных электронов направлялись на экран, покрытый люминесцентным материалом, и с него излучался видимый свет. Изображение было создано двумя взаимно синхронизированными системами: одна считывала сигнал с иконоскопа, а другая выполняла растровое сканирование. Первые электронно-лучевые трубки были монохромными.

SU3500 Сканирующий электронный микроскоп. Департамент материаловедения и инженерии.Университет Торонто

Вскоре после этого было разработано цветное телевидение. Иконоскопы в цветном телевидении были гибридными системами, которые реагировали только на свет определенного цвета, будь то красный, синий или зеленый. Цветные люминофорные точки электронно-лучевых трубок телевизора излучали свет за счет электрического тока, создаваемого электронной пушкой. Они реагировали на ударяющие по ним ускоренные электроны и излучали свет определенного цвета и яркости. Были использованы специальные теневые маски, чтобы лучи каждой цветной электронной пушки попадали на точки люминофора правильного цвета.

Современные технологии теле- и радиовещания используют более современные материалы на основе полупроводников, которые потребляют меньше энергии.

Одним из широко используемых методов получения изображения внутренних органов является рентгеноскопия. Катод испускает электроны, которые разгоняются до такой скорости, что при попадании на анод они генерируют рентгеновское излучение, которое может проникать в мягкие ткани человеческого тела. Рентгенограммы дают врачам уникальную информацию о состоянии костей, зубов и некоторых внутренних органов и даже могут помочь определить такие заболевания, как рак легких.

Лампа бегущей волны С-диапазона. Канадский музей науки и техники, Оттава

В общем, электрические токи, образованные движением электронов в вакууме, находят широкое применение. Вакуумные лампы, ускорители частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, генераторы вакуума высокой частоты, такие как лампы бегущей волны, клистроны и резонаторные магнетроны, — это лишь некоторые из примеров того, как мы используем этот тип электрического тока. Следует отметить, что именно магнетроны нагревают и готовят пищу в микроволновых печах.

Недавней очень ценной технологией, использующей электрический ток в вакууме, является осаждение тонких пленок в вакууме. Эти пленки выполняют декоративную или защитную функцию. Материалы, используемые в этой технике, — это металлы, их сплавы и их соединения с кислородом, азотом и углеродом. Эти пленки либо изменяют, либо сочетают в себе электрические, оптические, механические, магнитные, каталитические и связанные с коррозией свойства поверхности, которую они покрывают.

Для получения комплексного соединения пленки используется технология ионно-лучевого осаждения.Некоторыми примерами этой технологии являются катодно-дуговое напыление и его коммерческий вариант мощного импульсного магнетронного распыления. В конце концов, именно электрический ток создает пленочное покрытие на поверхности благодаря ионам.

Ионно-лучевое распыление создает пленки из нитридов, карбидов и оксидов металлов, которые обладают необычайным набором механических, теплофизических и оптических свойств, включая твердость, долговечность, электро- и теплопроводность и оптическую плотность.Другим способом добиться этих результатов невозможно.

Электрический ток в биологии и медицине

Макет операционной в Институте знаний Ли Ка Шинг, Торонто, Канада. Пациенты-роботы-манекены, которые могут моргать, дышать, плакать, истекать кровью и моделировать болезни, используются для обучения

Понимание поведения электрического тока внутри биологических систем дает биологам и врачам мощный инструмент для исследований, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, независимо от их структуры.

При рассмотрении того, как электрический ток проходит через биологический объект, мы должны учитывать состояние клеток этого объекта. В этом отношении клеточная мембрана является важной структурой, которую необходимо учитывать. Это внешний слой каждой клетки, который защищает клетку от негативного воздействия окружающей среды за счет избирательной проницаемости для различных веществ. Другими словами, он пропускает одни вещества, а другие останавливает. С точки зрения физики, мы можем рассматривать эту мембрану как эквивалентную схему, которая состоит из параллельного соединения конденсатора с несколькими цепями, которые имеют последовательное соединение между источником электрического тока и резистором.Благодаря такой структуре электропроводность этого биологического объекта зависит от частоты приложенного напряжения и типов напряжения.

Трехмерное изображение волоконных путей, соединяющих различные области мозга. Это изображение было получено с использованием метода неинвазивной диффузионной тензорной визуализации (DTI)

Биологическая ткань состоит из клеток, внеклеточной жидкости, кровеносных сосудов и нервных клеток. При подаче электрического тока нервные клетки возбуждаются и посылают сигналы о сокращении или расслаблении мышц и кровеносных сосудов животного.Следует отметить, что течение электрического тока в биологических тканях нелинейно.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект является серия экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он пропустил электрический ток по нервам лягушачьей лапы, и это вызвало сокращение мышц и движение ноги. В 1791 году его открытия были описаны в отчете об электрических силах в движении мышц.Долгое время в учебниках явление, открытое Гальвани, именовалось гальванизмом. Даже сейчас этот термин иногда используется для обозначения определенных процессов и устройств.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году британский хирург и врач Ричард Кейтон и русский врач Василий Данилевский независимо друг от друга показали, что мозг может вырабатывать электричество. Другими словами, они обнаружили ионный ток, протекающий в мозгу.

Биологические объекты могут генерировать не только микротоки, но также значительные напряжения и токи в рамках своего повседневного функционирования.Задолго до работ Гальвани британский биолог Джон Уолш доказал электрическую природу системы защиты от электрического луча. Шотландский хирург и физиолог Джон Хантер подробно описал механизм, с помощью которого электрические лучи генерируют электричество. Результаты их исследования были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это неинвазивный метод, который позволяет врачам измерять активность мозга, обнаруживая изменения в кровотоке.

Современная медицина и биология используют различные методы исследования. живые организмы, которые включают как инвазивные, так и неинвазивные методы.

Классическим примером инвазивного метода является исследование крыс, которые бегают по лабиринту или выполняют другие задания с имплантированными в их мозг электродами.

С другой стороны, неинвазивные методы — это такие широко известные методы диагностики, как электроэнцефалография и электрокардиография. В этих процедурах электроды, контролирующие электрические токи в головном мозге или сердце, используются для измерения на коже человека или животного под наблюдением. Чтобы улучшить контакт с электродами, на кожу наносят физиологический раствор, поскольку он является хорошим электролитом и может хорошо проводить электрический ток.

Помимо использования электрического тока для исследований и наблюдения за состоянием различных химических процессов и реакций, одним из наиболее эффективных способов использования электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда изображается как «перезапуск» сердца, которое уже остановилось. работающий.

Тренировочный автоматический внешний дефибриллятор (AED)

Действительно, запуск кратковременного импульса значительной величины может иногда (но очень редко) перезапустить сердце. Однако чаще используются дефибрилляторы, чтобы скорректировать аритмическое биение сердца и вернуть его к норме.Хаотические аритмические сокращения известны как фибрилляция желудочков, и поэтому устройство, которое возвращает сердце в норму, называется дефибриллятором. Современные автоматические внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем вычислять силу тока, необходимую пациенту, на основе этих факторов. Во многих общественных местах теперь есть дефибрилляторы, и медицинское сообщество надеется, что эта мера предотвратит множество смертей, вызванных дисфункцией сердца пациента.

Медработники обучены определять физиологическое состояние сердечной мышцы по электрокардиограмме и быстро принимать решения о лечении, намного быстрее, чем это могут сделать автоматические внешние дефибрилляторы, доступные для населения.

Отдельно стоит упомянуть об искусственных кардиостимуляторах, контролирующих сердечные сокращения. Эти устройства имплантируются под кожу или под грудную мышцу пациента и передают импульсы электрического тока напряжением около 3 В через электрод в сердечную мышцу.Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут проработать 6–14 лет, прежде чем потребуется их замена.

Характеристики электрического тока, его генерация и использование

Электрический ток характеризуется его величиной и типом. В зависимости от его поведения типы электрического тока делятся на постоянный или постоянный ток (он не изменяется со временем), гармонический ток (он изменяется случайным образом со временем) и переменный ток или переменный ток (он изменяется со временем в соответствии с определенным шаблоном, обычно это регулируется периодическим законом).Для некоторых задач требуется как постоянный, так и переменный ток. В данном случае мы говорим об переменном токе с постоянной составляющей.

Термоядерный реактор Токамак де Варенн. Варенн, Квебек, 1981. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первый трибоэлектрический генератор электрического тока, машина Вимшерста, создавала его, натирая шерстью кусок янтаря. Более совершенные генераторы того же типа теперь называются генераторами Ван де Граафа — они названы в честь изобретателя самой ранней из этих машин.

Как мы уже говорили ранее, электрохимический генератор был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта. Этот генератор получил дальнейшее развитие в современных сухих аккумуляторных батареях, аккумуляторных батареях и топливных элементах. Мы до сих пор используем их, потому что это очень удобные источники энергии для всех видов устройств, от часов и смартфонов до автомобильных аккумуляторов и аккумуляторов электромобилей Tesla.

В дополнение к генераторам постоянного тока, описанным выше, существуют также генераторы, использующие ядерное деление изотопов, известные как атомные батареи, а также магнитогидродинамические генераторы, которые сегодня имеют очень ограниченное применение из-за их низкой мощности и технических ограничений. их конструкции и по ряду других причин.Тем не менее генераторы радионуклидов используются в энергонезависимых системах, например, в космосе, в автономных подводных аппаратах и ​​гидроакустических станциях, в маяках, внутри маяковых буев, а также в Арктике и Антарктике.

Коммутатор в мотор-генераторной установке, 1904. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы делятся на генераторы постоянного и переменного тока.

Все эти генераторы работают благодаря электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году.Фарадей построил первый униполярный генератор малой мощности, который генерировал постоянный ток. Что касается первого генератора переменного тока, то история гласит, что он был описан Фарадею в 1832 году в анонимном письме, подписанном как «П. М. » После публикации этого письма Фарадей через год получил еще одно, в котором он благодарил и предлагал усовершенствовать конструкцию, добавив стальное кольцо для переноса магнитного потока магнитных полюсов катушек. Однако неясно, соответствует ли эта история действительности.

В то время применение переменного тока еще не было найдено, поскольку для всех практических применений электричества в то время требовался постоянный ток, в том числе ток, используемый в минной войне, электрохимии, недавно разработанной электротелеграфии и первых электродвигателях.Вот почему многие изобретатели сосредоточились пока на улучшении генераторов постоянного тока, изобретая для этого различные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получивших практическое применение, был магнитоэлектрический генератор, созданный немецким и российским исследователем Морицем фон Якоби, работавшим в России с 1835 по 1874 год. Он использовался минными отрядами ВМФ Российской армии для воспламенения взрывателей. морских мин. Улучшенные генераторы этого типа используются и по сей день для активации мин, и их часто можно увидеть в фильмах о Второй мировой войне, где партизаны или диверсанты используют их для взрыва мостов, схода с рельсов поездов и других подобных приложений.

Линза лазера с приводом компакт-дисков

С тех пор ведущие инженеры соревновались друг с другом в улучшении генераторов переменного и постоянного тока, создав окончательное противостояние между двумя титанами современной области производства электроэнергии, с Томасом Эдисоном из General Electric на одном с другой стороны, Никола Тесла из Westinghouse. Победил больший капитал, и технологии Tesla для генерации, транспортировки и преобразования переменного тока стали наследием американского общества. Это дало значительный толчок развитию экономики США и вывело страну на лидирующие позиции в мире.

Помимо способности производить электричество для различных нужд, которая зависела от преобразования механического движения в электричество благодаря обратимости электрических машин, стала реальностью еще одна возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение. Это было сделано с помощью электрических двигателей, работающих на постоянном и переменном токе. Можно сказать, что эти типы машин являются одними из наиболее широко используемых технологий, и они включают стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы коммерческих машин и станков, а также бытовые устройства и электронику.Благодаря этим устройствам мы научились выполнять различные задачи, такие как резка, сверление и формование. Благодаря этим технологиям мы также используем оптические диски, такие как компакт-диски и жесткие диски, в наших компьютерах — без них мы не смогли бы создать миниатюрные прецизионные электродвигатели постоянного тока.

Помимо привычных нам электромеханических двигателей, ионные двигатели также работают за счет электрического тока. Эти двигатели используют принцип движения за счет испускания ускоренных ионов данного вещества.В настоящее время они используются в космосе в основном для вывода на орбиту небольших спутников. Весьма вероятно, что будущие технологии 22-го века, такие как фотонные лазерные двигатели, которые все еще разрабатываются и которые будут вести наши межзвездные корабли на скоростях, приближающихся к скорости света, также будут зависеть от электрического тока.

Аналоговый мультиметр со снятой верхней крышкой

Генераторы постоянного тока можно также использовать для выращивания кристаллов для электронных компонентов.Этот процесс требует дополнительных стабильных генераторов постоянного тока. Такие прецизионные твердотельные генераторы электрического тока называются стабилизаторами тока.

Измерение электрического тока

Следует отметить, что устройства для измерения электрического тока, такие как микроамперметры, миллиамперметры и амперметры, сильно отличаются друг от друга в зависимости от их конструкции и принципов измерения, которые они используют. К ним относятся амперметры постоянного тока, амперметры переменного тока низкой частоты и амперметры переменного тока высокой частоты.

Измерительные механизмы этих устройств можно разделить на подвижную катушку, подвижное железо, подвижный магнит, электродинамические, индукционные, термоанемометрические и цифровые амперметры. Большинство аналоговых амперметров включает подвижную или неподвижную раму с намотанной катушкой и неподвижными или подвижными магнитами. Благодаря такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему, которая представляет собой последовательное соединение катушки индуктивности и резистора с конденсатором, подключенным параллельно им. Из-за этого аналоговые амперметры недостаточно чувствительны для измерения высокочастотного тока.

Подвижная катушка с иглой и спиральными пружинами измерителя, использованная в аналоговом мультиметре выше. Некоторые люди по-прежнему предпочитают аналоговые мультиметры, которые практически не изменились с 1890-х годов.

Основное измерительное устройство амперметра состоит из миниатюрного гальванометра. Его диапазоны измерения создаются за счет использования дополнительных шунтирующих резисторов с малым сопротивлением, и это сопротивление ниже, чем у обычного гальванометра. Таким образом, используя одно устройство в качестве основы, можно создавать различные измерительные устройства для измерения токов с разными диапазонами, включая микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Обычно при электрических измерениях важно поведение тока. Он может быть измерен как функция времени и иметь разные типы, например постоянный, гармонический, гармонический, импульсный и т. Д. Его величина характеризует способ работы электронных схем и устройств. Идентифицированы следующие значения тока:

  • мгновенный,
  • размах амплитуды,
  • среднее,
  • среднеквадратичная амплитуда.

Мгновенный ток I i — значение тока в любой момент времени.Его можно просмотреть на экране осциллографа и измерить для каждого момента времени, глядя на осциллограф.

Размах амплитуды тока I м — наибольшее мгновенное значение тока за данный период времени.

Среднеквадратичное значение амплитуды тока I находится как квадратный корень из среднего арифметического квадратов мгновенных токов для периода формы сигнала.

Все аналоговые амперметры обычно измеряют среднеквадратичное значение амплитуды тока.

Среднее значение тока — это среднее значение всех значений мгновенного тока за время измерения.

Разница между максимальным и минимальным значением электрического тока называется размахом сигнала.

В наши дни для измерения электрического тока широко используются мультиметры и осциллографы. Оба этих устройства предоставляют информацию не только о форме , тока или напряжения, но и о других важных характеристиках сигнала.К ним относятся частота периодических сигналов, и поэтому важно знать предел частоты измерительного устройства при измерении электрического тока.

Измерение электрического тока с помощью осциллографа

Проиллюстрируем сказанное выше серией экспериментов по измерению активных и пиковых значений тока синусоидального и треугольного сигналов. Мы будем использовать генератор сигнала, осциллограф и мультиметр.

Схема эксперимента 1 показана ниже:

Генератор сигналов FG подключен к нагрузке, которая состоит из мультиметра (MM), соединенного последовательно с шунтом Rs и нагрузочным резистором R.Сопротивление шунтирующего резистора R s составляет 100 Ом, а сопротивление нагрузочного резистора R — 1 кОм. Осциллограф ОС подключен параллельно шунтирующему резистору R s . Номинал шунтирующего резистора выбирается из условия R s << R. Проводя этот эксперимент, помним, что рабочая частота осциллографа намного выше рабочей частоты мультиметра.

Тест 1

Подаем на нагрузочный резистор синусоидальный сигнал частотой 60 Гц и амплитудой 9 В.Современные осциллографы имеют очень удобную кнопку Auto Set, которая позволяет отображать любой измеренный сигнал, не касаясь других органов управления осциллографа. Давайте нажмем кнопку Auto Set и посмотрим сигнал на экране, как на иллюстрации 1. Здесь диапазон сигнала составляет около пяти больших делений, а значение каждого деления составляет 200 мВ. Мультиметр показывает значение электрического тока как 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичную амплитуду на резисторе как U = 312 мВ. Среднеквадратичное значение тока на резисторе R s можно определить по закону Ома:

I RMS = U RMS / R = 0.31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

, что соответствует значению 3,1 мА на мультиметре. Обратите внимание, что диапазон тока в нашей цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов и мультиметра, равен

I PP = U PP / R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Мы знаем, что пиковый и фактические значения электрического тока и напряжения отличаются в √2 раза. Если мы умножим I RMS = 3,1 мА на √2, мы получим 4,38. Удвоим это значение — получим 8.8 мА, что очень близко к измеренному осциллографом току (8,9 мА).

Test 2

Теперь уменьшим генерируемый сигнал вдвое. Диапазон сигнала на осциллографе также уменьшится примерно вдвое (463 мВ), а мультиметр покажет значение, которое также примерно уменьшено вдвое и составляет 1,55 мА. Определим значение активного тока на осциллографе:

I RMS = U RMS / R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что примерно такое же значение, которое показывает мультиметр (1 .55 мА).

Test 3

Теперь увеличим частоту генератора до 10 кГц. Изображение на осциллографе изменится, но диапазон сигнала останется прежним. Значение на мультиметре уменьшится — это связано с диапазоном частот мультиметра.

Тест 4

Давайте снова воспользуемся начальной частотой 60 Гц и напряжением 9 В, но изменим форму сигнала на генераторе с синусоидальной на треугольную. Диапазон сигнала на осциллографе остается прежним, но значение на мультиметре уменьшается по сравнению со значением тока, которое он показал в тесте 1.Это потому, что среднеквадратичное значение тока изменилось. Осциллограф показывает приведенное значение среднеквадратичного напряжения, измеренного на резисторе R s = 100 Ом.

Меры предосторожности при измерении электрического тока и напряжения

Пьедестал для самостоятельной камеры с телесуфлером и тремя мониторами для домашней видеостудии

  • При измерении тока и напряжения мы должны помнить, что в зависимости от того, насколько безопасно здание, например, относительно малое напряжение 12–36 В может быть опасным и даже опасным для жизни.Поэтому крайне важно соблюдать следующие меры безопасности.
  • Не измеряйте токи, если для измерения требуются специальные навыки (например, измерение токов в цепях с напряжением выше 1000 В).
  • Не измеряйте токи в труднодоступных местах и ​​на высоте.
  • При измерении токов в жилой распределительной сети используйте специальные средства защиты, такие как резиновые перчатки, коврики или ботинки.
  • Не используйте сломанные или поврежденные измерительные приборы.
  • При использовании мультиметров убедитесь, что установлены параметры измерения и правильный диапазон измерения.
  • Не используйте измерительный прибор со сломанными зондами.
  • Тщательно следуйте инструкциям производителя по использованию измерительного прибора.

Эту статью написал Сергей Акишкин

У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

Преобразователь электрического тока | Поиск страниц входа

Результаты листинга Преобразователь электрического тока

Преобразователь электрического тока Easy Unit Converter